[发明专利]一种金属矿开采中导水裂隙带高度的获取方法及系统

说明书

本申请涉及矿山岩体安全领域，提供一种金属矿开采中导水裂隙带高度的获取方法及系统，通过获取岩体的内摩擦角和粘聚力，以及采场的宽度和高度。将所述岩体的内摩擦角和粘聚力，以及采场的宽度和高度输入预先建立的导水裂隙带高度预测模型，得到导水裂隙带高度。可实现准确获取金属矿开采中导水裂隙带高度，以对后续开采过程进行预警。

技术领域

本申请涉及矿山岩体安全领域，尤其涉及一种金属矿开采中导水裂隙带高度的获取方法及系统。

背景技术

矿体开采后，采场(地下采矿区)顶板发生破坏，其破坏区域从下而上，参见图3，可分为冒落带，裂隙发育带和弯曲下沉带，合称为三带。在三带中，由于在冒落带和裂隙发育带中，岩石在外力作用下产生的变形量超过其最大弹性变形量后，会产生塑性破坏，而在进入塑性破坏状态时的一个显著特点就是岩石内部裂隙显著发育。当外力继续增大或变形继续增大，超过岩石承受极限(应力极限或变形极限)，岩石会发生破断，继而发生塑性破坏或断裂破坏，形成贯通裂隙，裂隙成为导水通道，因此又将冒落带和裂隙发育带统称为导水裂隙带。

因导水裂隙带可将采场空间和地下水系通过贯通裂隙联通，随着地下开采面积的增大，采场上的岩体发生破坏(塑性破坏或断裂破坏)的范围也会随之增加，导水裂隙带高度也会随之增大，随着开采的继续，甚至会发展到地表。当裂隙发育带发育至地表时，会将地表水体引入地下采掘空间，对生产安全造成极大影响。

因此，将采场开采后，导水裂隙带的发育高度作为研究对象进行研究。可作为预警作用。亦可作为设计参考，通过研究导水裂隙带的发育高度，若导水裂隙带发育到地表。则要限制地下开采，使导水裂隙带不能发育至地表。

导水裂隙带高度受多因素共同作用，目前很难建立起准确的力学模型用以求解，且导水裂隙带高度是一个由下而上逐步发育的过程，是一个动态过程，更增加了力学模型直接求解的难度。目前，针对金属矿山导水裂隙带高度预测的模型有利用冒落拱理论进行预测，但其仅考虑了岩石的普式模量，参数太少，不够准确；或引用煤炭行业经验公式，但煤炭开采和金属矿山差异很大，煤炭是大面积层状开采，金属矿多是局部开采，采场尺寸有限，引用煤炭行业经验公式存在诸多问题。因此如何准确获取导水裂隙带高度，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了准确获取金属矿开采中导水裂隙带高度，以对开采过程进行预警，本申请提供一种金属矿开采中导水裂隙带高度的获取方法及系统。

本申请第一方面，提供一种金属矿开采中导水裂隙带高度的获取方法，包括：

获取岩体的内摩擦角和粘聚力，以及采场的宽度和高度。

将所述岩体的内摩擦角和粘聚力，以及采场的宽度和高度输入预先建立的导水裂隙带高度预测模型，得到导水裂隙带高度。

所述导水裂隙带高度预测模型的获取步骤包括：

获取多组历史岩体粘聚力、内摩擦角、采场宽度、采场高度逐渐递增的样本，以及对应的历史导水裂隙带高度样本。

分别对历史导水裂隙带高度和历史岩体粘聚力、历史内摩擦角、历史采场宽度、历史采场高度关系的样本数据进行拟合，得到岩体粘聚力对应的拟合系数、岩体内摩擦角对应的拟合系数、采场高度对应的拟合系数和采场宽度对应的拟合系数。

结合岩体粘聚力、内摩擦角、采场宽度和采场高度对应的拟合系数，得到导水裂隙带高度预测模型，所述导水裂隙带高度预测模型为：

为岩体内摩擦角，c为岩体粘聚力，B为采场宽度，h为采场高度，H为导水裂隙带高度，k₁为岩体粘聚力对应的拟合系数，k₂为岩体内摩擦角对应的拟合系数，k₃为采场高度对应的拟合系数，k₄为采场宽度对应的拟合系数，k₅为常数。