一种深井采动底板突水危险性的判断方法及系统技术方案

本发明专利技术属于煤矿矿井水害防治技术领域，提供了一种深井采动底板突水危险性的判断方法及系统，首先基于半无限弹性体力学理论和Mohr

【技术实现步骤摘要】
一种深井采动底板突水危险性的判断方法及系统


[0001]本专利技术属于煤矿矿井水害防治
，尤其涉及一种深井采动底板突水危险性的判断方法及系统。

技术介绍

[0002]底板突水严重威胁着煤矿的安全生产，不仅造成人员伤亡和经济损失，而且对矿区水资源与环境也造成巨大的污染和破坏。随着开采深度、开采强度的日益增加，煤田的水文地质条件越来越复杂，底板承压水对矿井安全生产的威胁日益严重。因此，准确评价和预测底板突水危险性，对于矿井安全生产和地下水资源保护至关重要。
[0003]专利技术人发现，目前，深井采动底板突水危险性评价多从数理统计、模糊数学、灰色理论和神经网络等方法对底板突水危险程度进行评价；但往往在评价的过程中，人为主观因素赋予其中，导致评价结果与实际结果差别较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种深井采动底板突水危险性的判断方法及系统，本专利技术基于下三带理论和力学理论，解决了数学方法预测结果的主观性、定性
‑
半定量的结果，以及难以获取采动底板突水危险性解析解等相关难题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种深井采动底板突水危险性的判断方法，包括：
[0007]获取采动底板岩体的相关指标数据和承压水的相关指标数据；
[0008]依据采动底板岩体的相关指标数据，以及半无限弹性体力学理论和Mohr
‑
Coulomb屈服准则，得到采动底板破坏深度；
[0009]依据承压水的相关指标数据，以及断裂力学原理和Mises屈服准则，得到承压水导升高度；
[0010]利用煤层距离承压水的距离减所述采动底板破坏深度和所述压水导升高度，得到底板隔水关键带厚度；
[0011]依据所述采动底板破坏深度、所述承压水导升高度和所述底板隔水关键带厚度，以及极限平衡理论，得到底板突水极限水压；
[0012]计算承压水水压与所述底板隔水关键带厚度的比值，得到突水系数；
[0013]利用所述突水系数与预设值的比较，以及所述底板突水极限水压与预设值的比较，对采动底板突水危险性进行判断。
[0014]进一步的，指标数据包括上覆岩层平均容重、煤层埋深、矿压卸荷区宽度、矿压应力集中系数、煤壁至应力峰值宽度、应力峰值至原岩应力的宽度、控顶距、承压水压力、煤层至承压水层距离、底板隔水层容重、内聚力和内摩擦角。
[0015]进一步的，基于半无限弹性体力学理论获取采动底板岩体中任一点处的应力分量：
[0016][0017]其中，dε为底板岩体微单元体长度；x为底板岩体任一点横坐标值；y为底板岩体任一点纵坐标值；K为应力集中系数；H为埋深；γ为岩体的容重；P为承压水水压力；L为工作面控顶区宽度；a为工作面后方应力降低区的三角形线性载荷水平走向长度；b为工作面前方煤壁至应力峰值的水平走向长度；c为应力峰值前方的梯形线性载荷的水平走向长度；h为煤层底板至承压水的距离。
[0018]进一步的，采动底板破坏深度为：
[0019][0020]其中，x为底板岩体任一点横坐标值；y为底板岩体任一点纵坐标值；为底板岩体内摩擦角；τ
max
为底板岩体最大剪切力。
[0021]进一步的，承压水导升高度为：
[0022][0023][0024][0025]其中，
θ
为裂隙扩展角；μ为泊松比；σ1和σ3分别为最大主应力和最小主应力；β为裂隙和σ1方向的夹角；σ
n
为裂纹面上的正应力；为内摩擦角；w为含水率；t为浸水时间；c
n
为裂隙面内充填物粘聚力；r为半裂纹长度；P为承压水水压力。
[0026]进一步的，底板突水极限水压为：
[0027][0028]式中，C为底板隔水关键层的内聚力；为底板隔水关键层的内摩擦角；K为应力集中系数；H为煤层埋深；h3为承压水导升高度；h1为底板破坏深度；h2为底板隔水关键带厚度；γ为底板岩体容重；a为工作面后方应力降低区的三角形线性载荷水平走向长度。
[0029]进一步的，突水系数小于预设值，表示煤层底板没有突水危险性；底板突水极限水压大于底板所能承受的实际水压，表示没有发生突水。
[0030]第二方面，本专利技术还提供了一种深井采动底板突水危险性的判断系统，包括：
[0031]数据采集模块，被配置为：获取采动底板岩体的相关指标数据和承压水的相关指标数据；
[0032]采动底板破坏深度计算模块，被配置为：依据采动底板岩体的相关指标数据，以及半无限弹性体力学理论和Mohr
‑
Coulomb屈服准则，得到采动底板破坏深度；
[0033]承压水导升高度计算模块，被配置为：依据承压水的相关指标数据，以及断裂力学原理和Mises屈服准则，得到承压水导升高度；
[0034]底板隔水关键带厚度计算模块，被配置为：利用煤层距离承压水的距离减所述采动底板破坏深度和所述压水导升高度，得到底板隔水关键带厚度；
[0035]底板突水极限水压计算模块，被配置为：依据所述采动底板破坏深度、所述承压水导升高度和所述底板隔水关键带厚度，以及极限平衡理论，得到底板突水极限水压；
[0036]突水系数计算模块，被配置为：计算承压水水压与所述底板隔水关键带厚度的比值，得到突水系数；
[0037]判断模块，被配置为：利用所述突水系数与预设值的比较，以及所述底板突水极限水压与预设值的比较，对采动底板突水危险性进行判断。
[0038]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的深井采动底板突水危险性的判断方法的步骤。
[0039]第四方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的深井采动底板突水危险性的判断方法的步骤。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0041]1、本专利技术中首先基于半无限弹性体力学理论和Mohr
‑
Coulomb屈服准则得到采动底板破坏深度、基于断裂力学原理和Mises屈服准则得到承压水导升高度以及利用煤层距离承压水的距离减所述采动底板破坏深度和压水导升高度得到底板隔水关键带厚度；然后依据采动底板破坏深度、承压水导升高度和底板隔水关键带厚度，以及极限平衡理论，得到底板突水极限水压和突水系数；最后利用所述突水系数与预设值的比较，以及所述底板突水极限水压与预设值的比较，对采动底板突水危险性进行判断；基于下三带理论和力学理论，解决了数学方法预测结果的主观性、定性
‑
半定量的结果，以及难以获取采动底板突水危险性解析解等相关难题，整个过程避免了人为主观因素的影响，保证了评价结果的准确性。
附图说明
[0042]构成本实施例的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深井采动底板突水危险性的判断方法，其特征在于，包括：获取采动底板岩体的相关指标数据和承压水的相关指标数据；依据采动底板岩体的相关指标数据，以及半无限弹性体力学理论和Mohr
‑
Coulomb屈服准则，得到采动底板破坏深度；依据承压水的相关指标数据，以及断裂力学原理和Mises屈服准则，得到承压水导升高度；利用煤层距离承压水的距离减所述采动底板破坏深度和所述压水导升高度，得到底板隔水关键带厚度；依据所述采动底板破坏深度、所述承压水导升高度和所述底板隔水关键带厚度，以及极限平衡理论，得到底板突水极限水压；计算承压水水压与所述底板隔水关键带厚度的比值，得到突水系数；利用所述突水系数与预设值的比较，以及所述底板突水极限水压与预设值的比较，对采动底板突水危险性进行判断。2.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法，其特征在于，指标数据包括上覆岩层平均容重、煤层埋深、矿压卸荷区宽度、矿压应力集中系数、煤壁至应力峰值宽度、应力峰值至原岩应力的宽度、控顶距、承压水压力、煤层至承压水层距离、底板隔水层容重、内聚力和内摩擦角。3.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法，其特征在于，基于半无限弹性体力学理论获取采动底板岩体中任一点处的应力分量：其中，dε为底板岩体微单元体长度；x为底板岩体任一点横坐标值；y为底板岩体任一点纵坐标值；K为应力集中系数；H为埋深；γ为岩体的容重；P为承压水水压力；L为工作面控顶区宽度；a为工作面后方应力降低区的三角形线性载荷水平走向长度；b为工作面前方煤壁至应力峰值的水平走向长度；c为应力峰值前方的梯形线性载荷的水平走向长度；h为煤层底板至承压水的距离。4.如权利要求3所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法，其特征在于，采动底板破坏深度为：其中，x为底板岩体任一点横坐标值；y为底板岩体任一点纵坐标值；为为底板岩体内摩擦角；τ
max
为底板岩体最大剪切力。5.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法，其特征在于，承压水导升高度为：
其中，
θ
为裂隙扩展角；μ为泊松比；σ1和σ3分别为最大主应力和最小主应力；β为裂隙和σ1方向的夹角；σ
n
为裂纹面上的正应力；为摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘士亮，李维国，张文慧，姜辉，王成，王傲，毛德强，
申请(专利权)人：枣庄矿业集团有限责任公司滨湖煤矿，
类型：发明
国别省市：