基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于"三下一上"开采和瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于改进断裂力 学模型的煤层底板破坏带深度确定方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国采矿技术和科技水平的发展，超长工作面，大采深工作面的数量连年增 多，在我国出现的底板水害问题也不断增加，得到了业内众多专家学者的关注和重视；在底 板水害预测预报方面，经过众多专家学者多年的努力和研宄我国的底板水害研宄取得了丰 硕的成果；武强教授应用脆弱性指数法和GIS系统等，提出了"三图双预测"方法，姜振泉教 授和段宏飞等提出了带压开采底板突水的评判方法，王连国教授和孙建等对倾斜煤层底板 破坏特征及突水机理进行了深入的研宄。底板破坏是造成水害的一个最重要原因，对底板 破坏深度的预测尤为重要；缪协兴教授、姜耀东教授和刘树才等对采动底板破坏规律进行 了深入研宄，施龙青教授和于晓鸽等对底板破坏深度进行了多因素分析，建立了多因素底 板破坏深度计算模型，郭文兵等建立了基于BP神经网络的底板破坏深度预计模型；
[0003] 以上专家学者在破坏带深度确定方法方面取得丰硕成果，但在确定底板破坏带深 度的研宄道路上还有很多的事情要做，提高底板破坏带的计算精度仍然是我们不断改进追 求的一个方向；
[0004] 原有底板破坏带深度力学计算模型：
[0005] 分析工作面采后底板破坏和应力分布，一般应用结构力学的计算方法分析，采后 底板应力分布和破坏范围模型如图1所示；
[0006] 工作面的底板由于采动影响，使得应力重新分布，应力集中在煤壁两侧，使得煤壁 处支承压力增大，在采空区形成一个应力降低区；图1中①区为主动主应力区，②区为过渡 区，③区为被动应力区；由于支承压力影响而形成的破坏深度增加，在煤壁两侧的破坏深度 要远大于工作中间位置，最大的破坏带深度一般都集中在过渡区内；
[0007] 应用断裂力学建立底板破坏带深度计算模型：
【主权项】
1. 一种基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，其特征在于，包括w 下步骤： 步骤1、构建煤层底板破坏带深度试验模型，其中，保持采深、工作面斜长、顶底板岩性、 采高和边界条件不变，改变煤层倾角的值，获得对应的煤层底板破坏带深度值； 步骤2、根据所获的每组煤层倾角和其对应煤层底板破坏带深度，采用最小二乘法拟合 出煤层倾角和煤层底板破坏带深度之间的函数关系； 步骤3、将断裂力学模型与煤层倾角和煤层底板破坏带深度之间的函数关系相结合，获 得改进后的基于断裂力学的底板破坏带深度模型； 步骤4、根据获得的改进后的基于断裂力学的底板破坏带深度模型，将实际工程中的煤 层倾角、底板埋深、工作面斜长、底板岩体平均容重和底板岩体的抗压强度代入上述模型， 获得目标煤层的底板破坏带深度。
2. 根据权利要求1所述的基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，其 特征在于，步骤1所述的煤层倾角变化范围为0°~30°。
3. 根据权利要求1所述的基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，其 特征在于，步骤1所述的构建煤层底板破坏带深度试验模型，采用UDEC数值模拟软件。
4. 根据权利要求1所述的基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，其 特征在于，步骤2所述的煤层倾角和煤层底板破坏带深度之间的函数关系，公式如下： h=a口 3+b口 2+C口+d (1) 其中，h表示煤层底板破坏带深度，m;a表示煤层倾角，a、b、C、d均表示待定系数。
5. 根据权利要求1所述的基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，其 特征在于，步骤3所述的将断裂力学模型与煤层倾角和煤层底板破坏带深度之间的函数关 系相结合，根据相似原理，具体如下：
(2) 其中，h表示煤层底板破坏带深度，m;H表示底板埋深，m;L表示工作面斜长，m; 丫表 示底板岩体平均容重，MN/m3;R。表示底板岩体的抗压强度，Mpa;a表示煤层倾角； 根据相似原理，公式（2)中等号左边h和等号右边aa3+ba2+ca+d均考虑煤层倾角， 公式（2)中等号左边断裂力学模型
和等号右边d均不考虑煤层倾角，即a= 整理公式（2)获得基于断裂力学的底板破坏带深度模型： 0° ; (3)。
【专利摘要】本发明一种基于改进断裂力学模型的煤层底板破坏带深度确定方法，属于“三下一上”开采和瓦斯抽采技术领域，本发明在收集全国矿井的实测数据基础上所得的，因此克服了地域的局限性；本发明对我们熟知的影响断裂带深度的因素考虑周全，而且还首次考虑了煤层倾角对底板破坏带深度的影响，因此，有效提高了计算模型的精度和稳定性。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104794315
【申请号】CN201510254699
【发明人】杨艳国, 秦洪岩, 王猛, 刘浩, 袁涛, 刘长华, 辛奇聪, 牛德林
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月18日