[发明专利]松散含水层下开采复合隔水层稳定性评价方法及系统

说明书

本发明提供一种松散含水层下开采复合隔水层稳定性评价方法包括：构建承压含水层倾斜煤层开采复合隔水层的地质概念模型与力学分析模型；利用温克尔弹性地基原理与力系平衡条件得出区域Ⅱ作用于区域Ⅲ上的均布载荷R；利用弹性力学的矩形薄板理论、最小势能原理求出挠度函数系数的表达式；根据不同的屈服破坏准则求出覆岩隔水层最易产生拉伸破坏、剪切破坏的位置；将最易破坏位置点的坐标代入相应的屈服破坏准则中，求出覆岩隔水层与黏土隔水层屈服破坏时的极限水压值，进而得出复合隔水层产生屈服破坏时的临界水压值。解决了因缺乏复合隔水层破断失稳机理的分析方法而致松散含水层下煤炭资源开采安全性较低的技术问题。

技术领域

本发明涉及煤矿松散含水层下开采突水预测技术领域，特别涉及一种松散含水层下开采复合隔水层稳定性评价方法及系统。

背景技术

我国华北、华东等地的许多矿区都普遍存在着直接赋存在基岩顶部的松散含水层，其主要由非胶结的沙土、砂砾等构成，松散含水层底部往往存在着隔水性能较好的黏土层，由于黏土层与泥岩风化带类岩具有良好的隔水性能，使其局部呈现出了承压特性，且相邻工作面的开采过程中的疏水降压操作效果甚微，煤层在开采的过程中，工作面安全性与“黏土-覆岩”复合隔水层的隔水能力关系密切。

在对于松散承压含水层下煤炭资源的开采过程中，针对防水煤(岩)柱合理尺寸的确定直接关系到工作面开采的安全性，若煤(岩)柱尺寸过大，则会滞压大量煤炭资源，造成煤炭资源的严重浪费；若煤(岩)柱尺寸过小，则会给工作面的开采带来巨大安全隐患。以往针对防水煤(岩)柱垂直高度的计算方法，是将顶板覆岩坚硬度、采高等参数代入“三下”规程中对应的相关计算公式求得防水煤(岩)柱垂直高度，该方法的安全稳定性经常受到挑战，因此从力学角度出发，对采动条件下“黏土-覆岩”复合结构隔水层的稳定性机理进行评价，从而达到为松散承压含水层下煤炭资源的安全性开采提供依据的目的。

申请号为CN202111347795.X的发明专利《基于采动覆岩渗流隔离带稳定的充填体临界参数确定方法》通过将煤层分成若干采场支巷组合体(8)进行跳采时，每个采场支巷组合体(8)均包括s个采场支巷依次进行开采，即开采包括s个开采阶段，开采阶段与采场支巷匹配，根据边界条件得到第i层岩层在第s开采阶段的下沉挠度曲线，求出每个阶段采场支巷开采前顶板的压缩率，分别求出第s阶段边界煤柱上方第i层岩层和采场支巷上方第i层岩层的弹性地基系数，从而得到顶板覆岩渗流隔离带在第s阶段开采充填完毕后变形信息，根据变形信息从而推导出满足渗流隔离带不失稳的充填体临界力学参数。目前针对松散含水层下突水溃砂机理与判据的研究，主要采用理论分析、室内试验、数值模拟的研究方法，而理论分析中，常用的力学模型包括固支梁模型、固支板模型等；在室内试验中，研究途径多集中于相似模拟试验的方法；所运用的数值模拟手段主要有离散元、有限元、有限差分等，众多学者采用以上研究方法提出了不同的预警指标。但是，结合考虑具有特殊承压特性的松散含水层、煤层倾角等影响下的“黏土-覆岩”复合隔水层稳定性，以分析其破断失稳机理的方式却很罕见，所以需要提出一种松散含水层下开采复合隔水层稳定性评价方法，以便对该地质条件下工作面突水溃砂进行相应的预测、预警，从而保证矿井的安全回采。现有技术存在因缺乏复合隔水层破断失稳机理的分析方法而致松散含水层下煤炭资源开采安全性较低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术存在的因缺乏复合隔水层破断失稳机理的分析方法而致松散含水层下煤炭资源的开采安全性较低的技术问题。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种松散含水层下开采复合隔水层稳定性评价方法包括：

S1、根据煤层赋存及覆岩结构特征地层叠合构成情况构建松散含水层下开采地质概念模型，将所述松散含水层下开采地质概念模型中的冒落带作为弹性地基体，以获取所述弹性地基体对所述梯形覆岩(3)的弹性支撑数据，根据所述弹性支撑数据及力系平衡条件建立受力分析模型；