一种煤矿冲击地压预警方法、系统及其组件与流程
本发明涉及冲击地压监测技术领域，特别是涉及一种煤矿冲击地压预警方法、装置、系统、设备及可读存储介质。
背景技术：
冲击地压灾害严重威胁着井下的安全生产。在煤矿井下，根据冲击地压强度理论，冲击地压的发生是岩煤体内部应力集中的结果，当岩煤体内部应力达到其强度时，聚积在岩煤体内部的能量突然释放引发冲击地压灾害。但由于煤体较为松软破碎，目前尚无法直接测量煤体中的三维应力。因此，准确监测工作面顶板岩层三维应力是预测冲击地压的有效途径。
目前，冲击地压监测预警的方法主要包括微震法、电磁辐射法、煤层应力法、钻屑法等。微震法基于岩体破裂过程中所发射的微波信号，目前在实际生产过程中仅能进行区域性预警，临场预警精度较低。电磁辐射法的原理为煤层中应力水平与其电磁辐射量存在一定关系，但现场由于大型设备的电磁辐射，其精度也达不到冲击地压预警的要求。目前采用的煤层应力法仅能监测煤层中应力增量，无法获得煤层真实三维应力，因此，其预警精度也较低。
在煤层的开采过程中，由于工作面后方的顶板岩层失去了煤层的支撑作用，后方岩层应力不断向工作面的前方岩-煤体转移，导致工作面前方顶板岩层、煤层内部的应力水平不断增加。当内部应力达到岩-煤体系的强度时，冲击地压就会发生。在岩层三维应力的监测方面，目前，多采用电阻应变片式应力传感器，运用应力解除法进行原岩应力的测试。但是，已有方法无法进行工作面顶板岩层三维应力的长期监测，其原因包括：一方面，现有应力传感器采用树脂作为主体结构材料，树脂在长期应力作用下具有较强的流变性；另一方面，由于煤矿工作面存在众多大型设备，导致工作面受到强电磁干扰。最终导致现有应力监测设备与方法无法实现顶板岩层三维应力的长期准确监测。
而井下环境相对于地面更为复杂，一旦出现冲击地压灾害，往往会造成人员无法及时救治而死亡，对器械也会造成较大的损耗。因此，如何有效地解决冲击地压灾害预警等问题，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种煤矿冲击地压预警方法、装置、系统、设备及可读存储介质，可对冲击地压灾害进行预警，保障井下作业的人员和器械安全。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿冲击地压预警方法，包括：
利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成所述应力解除试验后利用所述岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；
利用所述弹性模量和所述泊松比计算顶板岩层的原岩应力；
利用所述光纤光栅三维应力传感器在线监测所述顶板岩层的扰动应力；
叠加所述原岩应力和所述扰动应力，获得所述顶板岩层的真实应力；
将所述真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
优选地，所述在完成所述应力解除试验后利用所述岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比，包括：
利用双轴试验装置对所述岩芯进行测量，获得所述弹性模量和所述泊松比。
优选地，所述在完成所述应力解除试验后利用所述岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比，包括：
对所述岩芯进行压缩实验，获得所述弹性模量和所述泊松比。
优选地，获取所述岩石三轴强度的过程，包括：
利用所述光纤光栅三维应力传感器对顶板岩层室内的三轴压缩试验，获得不同围压条件下的所述岩石三轴强度及冲击倾向性指标。
优选地，所述将所述真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警，包括：
将所述真实应力确定与真实应力水平相对的目标岩石三轴强度；
比较所述真实应力与所述目标岩石三轴强度，获得冲击地压危险性指数；
所述危险性指数与所述冲击倾向性指标的对应关系，对冲击地压进行分级报警。
优选地，所述利用比较结果进行分级预警，包括：
利用双网卡计算机在局域网内和互联网内进行分级报警。
一种煤矿冲击地压预警装置，包括：
岩石特性获取模块，用于利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成所述应力解除试验后利用所述岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；
原岩应力获取模块，用于利用所述弹性模量和所述泊松比计算顶板岩层的原岩应力；
扰动应力获取模块，用于利用所述光纤光栅三维应力传感器在线监测所述顶板岩层的扰动应力；
真实应力获取模块，用于叠加所述原岩应力和所述扰动应力，获得所述顶板岩层的真实应力；
分级预警模块，用于将所述真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
一种煤矿冲击地压预警系统，包括：
光纤解调仪，以及与所述光纤解调仪相连接的光纤光栅三维应力传感器和具有软件分析系统的监控计算机；
其中，所述光纤光栅三维应力传感器，用于监测岩石的三维应力光数据；
所述光纤解调仪，用于对所述三维应力光数据进行解调，并将解调结果传输给所述监控计算机；
所述软件分析系统，用于实现如上述煤矿冲击地压预警方法。
一种煤矿冲击地压预警设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述煤矿冲击地压预警方法的步骤。
一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述煤矿冲击地压预警方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的方法，利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；利用弹性模量和泊松比计算顶板岩层的原岩应力；利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力；叠加原岩应力和扰动应力，获得顶板岩层的真实应力；将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
根据冲击地压的发生机理可知，在工作面开采过程中若能准确监测顶板岩层三维应力的变化，即可对冲击地压进行预警。基于此，在本方法中，利用具备抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆性能等优点的光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，然后在完成应力解除试验后，利用该岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比，并利用弹性模量和泊松比计算出顶板岩层的原岩应力。利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力。通过叠加原岩应力和扰动应力得到顶板岩层的真实应力。最后，通过比较真实应力和岩石三轴强度，便可进行分级预警。可见，在本方法中，即可对顶板岩层进行在线的真实应力进行在线监测，还可基于监测数据进行分级预警，可保障井下作业的人员和器械的安全。
相应地，本发明实施例还提供了与上述煤矿冲击地压预警方法相对应的煤矿冲击地压预警装置、系统、设备和可读存储介质，具有上述技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警方法的实施流程图；
图2为本发明实施例中一种钻孔周边围岩三维应力分布图；
图3为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警系统的结构示意图；
图5为本发明实施例中围压为15.0mpa的岩石三轴压缩曲线示意图；
图6为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警设备的结构示意图；
图7为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警设备的具体结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参考图1，图1为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警方法的流程图，该方法包括以下步骤：
s101、利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比。
光纤光栅三维应力传感器，即以光纤光栅作为敏感材料测量应变的传感器。其中，光纤光栅为一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，即一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长应变的变化比较敏感，因此可利用光纤光栅制作光纤光栅三维应力传感器。具体的，光纤光栅三维应力传感器的具体工作原理、内部结构和使用方法等均可参照现有的光纤光栅三维应力传感器的产品说明书及相关介绍，在此不再一一赘述。
其中，光纤光栅三维应力传感器为空芯包体结构，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆等特点。考虑到因为一般情况下，岩层破裂时，传感器监测到的拉应力接近20mpa；在工作面推进过程中，岩层三维应力中的最大值接近100mpa，为了能够监测岩层应力，为了达到较好监测效果，优先其监测量程最大拉应力不小于20mpa，最大压应力不小于100mpa的光纤光栅三维应力传感器。
在本发明实施例中，对光纤光栅三维应力传感器的数量并不作限定。在实际应用中，可根据实际情况，布置一支或者多支。例如，当需要进行冲击地压预警仅为某个特定地点，则使用一支光纤光栅三维应力传感器即可；当需要进行冲击地压预警包括多个地点，则可以使用多支光纤光栅三维应力传感器。
在实际应用中，还需设置光纤解调仪对光纤光栅三维应力传感器的光数据进行解调，得到计算机可识别的电信号。具体的，光纤解调仪通道数需要与光纤光栅三维应力传感器的个数对应。即在实际应用中，需要光纤解调仪有足够数量的通道来连接光纤光栅三维应力传感器，一般情况下，一支光纤光栅三维应力传感器需要2个通道，16通道可以连接8支传感器，可以满足实际应用的需求。光纤解调仪连接光纤光栅三维应力传感器之后，一个通道最多需要解调出6个波长，一般情况下，相邻波长最小间隔为6nm，6个波长需要的波长范围为30nm，为了应对相邻波长间隔大于6nm的情况，可解调范围不小于40nm。又因冲击地压为一种动力灾害，需要高频监测，以便及时预警，所以需要最大采集频率不小于25hz。
在本发明实施例中，被试验、监测的岩石、岩芯可具体为煤矿井下的顶层岩层。当然，本发明所提供的煤矿冲击地压预警方法还可用于对其他矿井或施工井下的顶层岩层进行监测，以对冲击地压进行预警，保障井下作业人员的生命财产安全。在本发明实施例中以煤矿井下为例进行详细说明，其他井下环境进对冲击地压进行预警可参照与此。
其中，对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变(称为应变)，弹性模量的一般定义：单向应力状态下应力除以该方向的应变。材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律)，其比例系数称为弹性模量，弹性模量的单位：帕斯卡。弹性模量为描述物质弹性的一个物理量，为一个统称，表示方法可以具体的杨氏模量、体积模量等。泊松比为指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，为反映材料横向变形的弹性常数。
其中，关于应力解除试验的具体实现过程可参见常见的应力解除试验。在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比。具体的，获取岩石的弹性模量和泊松比的方式有多种，在实际应用中可任选其一。下面对其中较为常见的两种方式获取方式进行简单说明：
方式一：利用双轴实验装置获取岩石的弹性模量和泊松比，即利用双轴试验装置对岩芯进行测量，获得弹性模量和泊松比。其中，双轴实验装置的具体结构以及其使用方法数据获取过程均可参照现有的基于双轴实验装置获取弹性模量和泊松比。
方式二：通过压缩实验获取岩石的弹性模量和泊松比，即在完成应力解除试验后对岩芯进行压缩实验，获得弹性模量和泊松比。压缩试验为测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，为材料机械性能试验的基本方法之一。
s102、利用弹性模量和泊松比计算顶板岩层的原岩应力。
获得弹性模量和泊松比之后，便可利用三维应力计算公式计算得到顶层岩石的原岩应力
s103、利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力。
利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力之前，还需将光纤光栅三维应力传感器置入岩体钻孔中，然后利用光纤光栅三维应力传感器的光纤光栅对应力的敏感材料在线监测顶板岩层的扰动应力(δσ1，δσ2，δσ3)。
s104、叠加原岩应力和扰动应力，获得顶板岩层的真实应力。
得到扰动应力和原岩应力后，可通过叠加原岩应力和扰动应力，得到顶板岩层的真实应力(σ1，σ2，σ3)。
为便于本领域技术人员更好地理解，在本发明实施例中如何利用光纤光栅三维应力传感器获得顶板岩层的真实应力，下面将上述步骤s103和s104结合起来进行说明。
在一块无穷大的岩体(如井下通道上空的完整岩体，即非独立小岩体)中，施工一钻孔，在钻孔周边建立直角坐标系和柱坐标系，两者z轴一致，如图2所示，图2为本发明实施例中一种钻孔周边围岩三维应力分布图。在柱坐标中，θ角从x轴逆时针计数为正。假定岩体为弹性均质体，当钻孔受到无穷远处的岩体三维应力作用时，钻孔周边围岩应力分布公式为：
其中，σx，σy，σz，τxy，τyz，τzx为直角坐标系下的岩体三维应力；σr，σθ，σz'，τrθ，τθz，τzr为柱坐标系下的孔边围岩应力；a为钻孔半径。
由弹性力学理论可知，在柱坐标下，应力、位移和应变的关系如下：
其中，εr、εθ、εz'为正应变，γrθ、γθz、γzr为剪应变，u为径向位移，v为周向位移，w为轴向位移，e为弹性模量，μ为泊松比，
从公式(7)到公式(12)可以看出，钻孔孔壁处的应变与孔边围岩应力具有函数关系。而由公式(1)至公式(6)可以发现，通过孔边围岩应力可求得岩体三维应力。因此，可以通过测量孔壁处的应变，进而得到岩体三维应力。
通过光纤光栅三维应力的波长数据，可以计算得到钻孔孔壁的应变，从而求得岩体真实三维应力。
s105、将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
在本发明实施例中，可预先获取岩石三轴强度
其中，获取岩石三轴强度的过程，包括：利用光纤光栅三维应力传感器对顶板岩层室内的三轴压缩试验，获得不同围压条件下的岩石三轴强度及冲击倾向性指标。其中，三轴压缩试验为具有侧限压缩和剪力试验，可用三轴剪力仪(亦称三轴压缩仪)进行试验。其中，三轴剪力仪的核心部分为三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的岩样可为圆柱形，其高度与直径之比为
具体的，将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警，包括：
步骤一、将真实应力确定与真实应力水平相对的目标岩石三轴强度；
步骤二、比较真实应力与目标岩石三轴强度，获得冲击地压危险性指数；
步骤三、危险性指数与冲击倾向性指标的对应关系，对冲击地压进行分级报警。
为便于描述，下面将上述三个步骤结合起来进行说明。
将真实应力和目标岩石三轴强度两者进行相比，得到冲击地压危险性指数，
冲击地压分级预警的等级可通过下式进行确定：
其中，σ1为最大主应力，
当然，在实际应用中，还可根据现场情况，对界限值进行调整。
优选地，为了使得相关负责人能够在相应局域网内和互联网中均能快速得知井下预警情况，在利用比较结果进行分级预警，可具体为利用双网卡计算机在局域网内和互联网内进行分级报警。
应用本发明实施例所提供的方法，利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；利用弹性模量和泊松比计算顶板岩层的原岩应力；利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力；叠加原岩应力和扰动应力，获得顶板岩层的真实应力；将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
根据冲击地压的发生机理可知，在工作面开采过程中若能准确监测顶板岩层三维应力的变化，即可对冲击地压进行预警。基于此，在本方法中，利用具备抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆性能等优点的光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，然后在完成应力解除试验后，利用该岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比，并利用弹性模量和泊松比计算出顶板岩层的原岩应力。利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力。通过叠加原岩应力和扰动应力得到顶板岩层的真实应力。最后，通过比较真实应力和岩石三轴强度，便可进行分级预警。可见，在本方法中，即可对顶板岩层进行在线的真实应力进行在线监测，还可基于监测数据进行分级预警，可保障井下作业的人员和器械的安全。
实施例二：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种煤矿冲击地压预警装置，下文描述的煤矿冲击地压预警装置与上文描述的煤矿冲击地压预警方法可相互对应参照。
参见图3所示，该装置包括以下模块：
岩石特性获取模块101，用于利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；
原岩应力获取模块102，用于利用弹性模量和泊松比计算顶板岩层的原岩应力；
扰动应力获取模块103，用于利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力；
真实应力获取模块104，用于叠加原岩应力和扰动应力，获得顶板岩层的真实应力；
分级预警模块105，用于将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
应用本发明实施例所提供的装置，利用光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，并在完成应力解除试验后利用岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比；利用弹性模量和泊松比计算顶板岩层的原岩应力；利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力；叠加原岩应力和扰动应力，获得顶板岩层的真实应力；将真实应力与岩石三轴强度进行比较，利用比较结果进行分级预警。
根据冲击地压的发生机理可知，在工作面开采过程中若能准确监测顶板岩层三维应力的变化，即可对冲击地压进行预警。基于此，在本装置中，利用具备抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆性能等优点的光纤光栅三维应力传感器对岩芯进行应力解除试验，然后在完成应力解除试验后，利用该岩芯获取岩石的弹性模量和泊松比，并利用弹性模量和泊松比计算出顶板岩层的原岩应力。利用光纤光栅三维应力传感器在线监测顶板岩层的扰动应力。通过叠加原岩应力和扰动应力得到顶板岩层的真实应力。最后，通过比较真实应力和岩石三轴强度，便可进行分级预警。可见，在本装置中，即可对顶板岩层进行在线的真实应力进行在线监测，还可基于监测数据进行分级预警，可保障井下作业的人员和器械的安全。
在本发明的一种具体实施方式中，岩石特性获取模块101，具体用于利用双轴试验装置对岩芯进行测量，获得弹性模量和泊松比。
在本发明的一种具体实施方式中，岩石特性获取模块101，具体用于对岩芯进行压缩实验，获得弹性模量和泊松比。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
岩石三轴强度获取模块，用于利用光纤光栅三维应力传感器对顶板岩层室内的三轴压缩试验，获得不同围压条件下的岩石三轴强度及冲击倾向性指标。
在本发明的一种具体实施方式中，分级预警模块105，具体用于将真实应力确定与真实应力水平相对的目标岩石三轴强度；比较真实应力与目标岩石三轴强度，获得冲击地压危险性指数；危险性指数与冲击倾向性指标的对应关系，对冲击地压进行分级报警。
在本发明的一种具体实施方式中，分级预警模块105，具体用于利用双网卡计算机在局域网内和互联网内进行分级报警。
实施例三：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种煤矿冲击地压预警系统，下文描述的煤矿冲击地压预警系统与上文描述的煤矿冲击地压预警方法可相互对应参照。
请参考图4，图4为本发明实施例中一种煤矿冲击地压预警系统的结构示意图。该系统包括：光纤光栅三维应力传感器1，光纤解调仪2，监控计算机3，软件分析系统4，光缆5、高速局域网6、连接互联网7。
其中，光纤解调仪，以及与光纤解调仪相连接的光纤光栅三维应力传感器和具有软件分析系统的监控计算机；其中，光纤光栅三维应力传感器，用于监测岩石的三维应力光数据；光纤解调仪，用于对三维应力光数据进行解调，并将解调结果传输给监控计算机；软件分析系统，用于实现如上述方法实施例所提供的煤矿冲击地压预警方法。
为便于本领域技术人员更好地理解本发明实施例所提供的煤矿冲击地压预警系统具体如何实现上述实施例所提供的煤矿冲击地压预警方法，下面以具体的应用场景为例进行详细说明。
在待监测采煤工作面长约1500m，宽250m，根据周期来压布局，整个工作面拟设置8个监测段面，每个监测段面间隔150m。选择光纤光栅三维应力传感器，根据标定结果其量程为[-30mpa，150mpa]，满足量程要求。主体结构为高强高韧树脂及不锈钢，且采用光栅传感，具备抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆性能。选择本安型32通道光纤解调仪，其解调波长区间为[1528nm-1588nm]，共60nm，最高采集频率为25hz，可满足数据采集要求。传感器与光纤解调仪间采用24芯单模阻燃光缆5连接，连接点可采用现场热熔方法。光纤解调仪与监控室计算机采用高速局域网6进行数据传输。优选地，计算机采用双网卡通讯，一端连接局域网，实现监测数据的传输；另一端连接互联网7，实现系统的远程协控及预警。
软件分析系统安装在监测计算机上，软件分析系统可具体包括数据库模块、应力计算模块、数据显示模块、预警模块，以实现数据的存储、计算分析、曲线展示、数据导出、岩石及预警参数配置、预警等功能。
一种煤矿采场围岩应力监测系统(同冲击地压预警系统)及冲击地压预警方法，即在本发明实施例所提供的煤矿冲击地压预警系统上实现煤矿冲击地压预警方法的具体施工过程包括：
步骤1：采用地质取芯钻机，自待测工作面轨道顺槽向顶板岩层施工钻孔，钻孔直径为130mm的大钻孔，长15m；然后在大孔底部施工直径为38mm的小孔，长度为40cm左右。清洗小孔后安装光纤光栅三维应力传感器；待传感器与小孔壁完全粘结好后，进行应力解除试验；将解除完的岩芯放置在双轴试验装置上，测量得到岩石的弹性模量(e＝15.0gpa)与泊松比(v＝0.2)；然后运用三维应力计算公式计算得到顶板岩层的原岩应力，如表1所示。
表1—原岩应力测试结果
其中，方位角北起顺时针为正；倾角从水平面向上为正。
步骤2：采用岩层三维应力监测系统在线监测采动(采煤作业)影响下顶板岩层任意时刻的扰动应力；通过软件分析系统的应力计算模块将原岩应力与扰动应力相加，得到顶板岩层任意时刻的三维真实应力，例如某时刻计算得到的三维真实应力为(σ1,σ2,σ3)＝(54.7mpa,18.6mpa,14.3mpa)。
步骤3：采用刚性压力机开展岩石的压缩与间接拉伸试验，得到岩石的弯曲能量指数为21.3，判断岩石具有弱冲击性。
其中，弯曲能量指数不是根据光纤光栅三维应力传感器采集的数据计算得到的，是根据岩石压缩试验和间接拉伸试验得到的。
弯曲能量指数可根据相关规范求得，计算过程如下：
通过岩石压缩试验，得到岩石弹性模量e；通过岩石间接拉伸试验，得到岩石抗拉强度rt。
单一顶板弯曲能量指数uwq为：
复合顶板弯曲能量指数uwqs计算公式表达如下：
步骤4：开展系统的顶板岩石室内三轴压缩试验，可以得到岩石三轴强度与围压的试验数据。以x轴表示围压，y轴表示岩石三轴强度，绘制图像，可得到岩石三轴强度随围岩变化的曲线，通过该曲线可得到岩石三轴强度与围压的函数关系，利用该关系，即可得到不同围压水平下的岩石三轴强度。请参考图5，图5为本发明实施例中围压为15.0mpa的岩石三轴压缩曲线示意图，即，通过三轴压缩试验，得到不同围压水平下岩石的三轴强度，建立三轴强度与围压的关系。针对某一时刻的三轴真实应力(σ1,σ2,σ3)＝(54.7mpa,18.6mpa,14.3mpa)，通过上述试验得到的三轴强度与围压的关系，查找得到围压为15.0mpa时岩石的强度约为74.0mpa。
步骤5：将监测到的最大主应力与岩石该围压水下的强度进行相比，冲击地压危险性指数
步骤6：软件分析系统预警模块触发，计算机端应力柱状图变成黄色并弹出预警窗口；系统通过互连网向手机app端发送预警信息，同时以手段短信的形式发送给相关负责人。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的方法和系统具有以下优点：
1、采用光纤光栅传感技术及光纤解调仪进行三维应力的测量，由于井下大型设备所产生的电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响，有效提高了围岩三维应力的监测精度。
2、可实现强电磁干扰、腐蚀、防爆环境下围岩应力的长期监测，可及时掌握采场围岩应力的变化情况，可提高冲击地压预警准确率，确保井下安全生产。
实施例四：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种煤矿冲击地压预警设备，下文描述的一种煤矿冲击地压预警设备与上文描述的一种煤矿冲击地压预警方法可相互对应参照。
参见图6所示，该煤矿冲击地压预警设备包括：
存储器d1，用于存储计算机程序；
处理器d2，用于执行计算机程序时实现上述方法实施例的煤矿冲击地压预警方法的步骤。
具体的，请参考图7，图7为本实施例提供的一种煤矿冲击地压预警设备的具体结构示意图，该煤矿冲击地压预警设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessingunits，cpu)322(例如，一个或一个以上处理器)和存储器332，一个或一个以上存储应用程序342或数据344的存储介质330(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器332和存储介质330可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质330的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对数据处理设备中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器322可以设置为与存储介质330通信，在煤矿冲击地压预警设备301上执行存储介质330中的一系列指令操作。
煤矿冲击地压预警设备301还可以包括一个或一个以上电源326，一个或一个以上有线或无线网络接口350，一个或一个以上输入输出接口358，和/或，一个或一个以上操作系统341。例如，windowsservertm，macosxtm，unixtm，linuxtm，freebsdtm等。
上文所描述的煤矿冲击地压预警方法中的步骤可以由煤矿冲击地压预警设备的结构实现。
实施例五：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种煤矿冲击地压预警方法可相互对应参照。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的煤矿冲击地压预警方法的步骤。
该可读存储介质具体可以为u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
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