(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111511680.X (22)申请日 2021.12.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114329922 A (43)申请公布日 2022.04.12 (73)专利权人 中国地质科 学院地质力学研究所 地址 100081 北京市海淀区民族学院南路 11号 (72)发明人 李滨　李军　高杨　殷跃平　贺凯　 万佳威　 (74)专利代理 机构 西安新动力知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61245 专利代理师 胡维 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 108665105 A,2018.10.16CN 103513281 A,2014.01.15 CN 107728228 A,2018.02.23 CN 110489928 A,2019.1 1.22 宋常胜等.告成矿滑动构造下导水裂隙带高 度分析. 《河南理工大 学学报(自然科 学版)》 .2020,(第04期),全 文. 陈旸等.覆岩导水裂隙带高度的研究方法. 《能源与节能》 .2019,(第8 期), 李 军等.西南煤系地层山区采动型崩滑灾 害研. 《中国岩溶》 .2020,第39卷(第4期), 周泽等.基于塑性铰理论的导水裂隙带发育 高度预判. 《地下空间与工程学报》 .2018,第14卷 (第05期),第13 05-1312页. 黄万朋等.覆岩组合结构下导水裂隙带演化 规律与发育高度分析. 《采 矿与安全工程学报》 .2017,(第02期),全 文. 王文学等.松散层下覆岩裂隙采后闭合效应 及重复开采覆岩破坏预测. 《煤炭学报》 .2013, (第10期),全 文. 审查员 石瑶 (54)发明名称 基于结构性覆岩的导水裂隙带高度确定方 法 (57)摘要 本发明属于矿山开采技术领域， 涉及基于结 构性覆岩的导水裂隙带高度确定方法， 在考虑了 覆岩岩体结构、 岩体物理力学参数及矿层埋深等 因素对导水裂隙带发育高度的影 响， 获取冒落带 高度Hi， 并采用“三铰拱结构 ”力学模型和损伤力 学理论， 计算顶板岩层三铰拱结构等效挤压强度 和顶板岩层三铰拱结构等效承 载力， 基于这两个 参数来构建基于有效应力的三铰拱力学结构安 全系数临界值k； 令k＝1， 计算三铰拱结构极限下 沉值Si值； 最后， 当Si+1＞Hi时， 说明第i+1层顶板 最先出现非贯通裂缝， 即导水裂隙带最大高度将 至第i+1层顶板底界面， 由此确定采空层覆岩导 水裂隙带最大高度值， 且该数值更加趋近于实际值， 结果可靠， 实用性强。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 114329922 B 2022.09.09 CN 114329922 B 1.基于结构性覆岩的导水裂隙带高度确定方法， 其特 征在于， 具体包括以下步骤： 步骤1、 对采 空层顶板岩层自下而上编号为i＝0， 1， 2， 3， …， n， 定义第i层顶板岩层厚度 为hi； 步骤2、 获取待采工作面所在井田工作面覆岩的地质采矿参数； 所述地质采矿参数包括 顶板岩层厚度hi， 顶板岩层节理间距lj， 顶板岩层碎胀系数 顶板岩层损伤因子D， 覆岩泊 松比μ， 断裂顶板埋深w， 覆岩重度γ， 覆岩 岩体单轴抗压强度σc； 步骤3、 获取采场自由空间高度Hi及采空层覆岩三铰拱 结构的极限下沉 值Si； 步骤4、 确定覆岩导水裂隙带最大高度所在岩层层位i： 若Si+1‑Hi＞0， 则第i层是导水裂 隙带发育的最高层位， 否则， 令i ＝i+1， 转入步骤2； 步骤5、 根据采空层覆岩导水裂隙带最大高度计算模型计算采空层覆岩导水裂隙带最 大高度值Z； 所述步骤3中获取采空层覆岩三铰拱 结构的极限下沉 值Si的具体步骤如下： 步骤3.1、 根据步骤2中的地质采矿参数， 计算两破断岩 块间等效挤压 强度σLC、 等效承载 应力σRC： 式(2)中， T为三铰拱结构两破断岩块间水平推力； 矩形SCC′DD′为两破断岩块间挤压损伤 接触面面积； Gij为三铰拱结构 中破断岩块重量， Gij＝γ·hi·lj·b， 其中b为采场宽度， Si 为三铰拱结构极限下沉 值； 式(3)中， σ1为接触面区域第1主应力， 其方向为两破断岩块间相互挤压方向； 步骤3.2、 构建基于有效应力k的计算模型： 式(4)中， σLC为三铰拱结构两破断岩块间等效挤压强度， σRC为三铰拱结构两破断岩块间 等效承载应力； 步骤3.3、 结合(2)和式(3)， 令式(4)中k＝1， 获取采空层覆岩三铰拱结构极限下沉值Si 计算公式： 步骤3.4、 将步骤2中的地质采矿参数数据代入公式(5)中， 利用Mathematica软件计算权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114329922 B 2得到采空层覆岩三铰拱 结构极限下沉 值Si的值。 2.根据权利要求1所述的基于结构性覆岩的导水裂隙带高度确定方法， 其特征在于， 所 述地质采矿参数通过野外调查和矿山相应采区的地层综合柱状图， 并进 行岩体物理力学试 验得到。 3.根据权利要求1所述的基于结构性覆岩的导水裂隙带高度确定方法， 其特征在于， 所 述步骤3中采场自由空间高度Hi的计算公式如下： 式(1)中， M为矿层厚度； h0为直接顶岩层厚度； h1为第一层顶板岩层厚度； hi为第i层顶 板岩层厚度； 为第i层顶板碎胀系数； kpihi为第i层顶板垮落后堆积体高度。 4.根据权利要求1所述的基于结构性覆岩的导水裂隙带高度确定方法， 其特征在于， 所 述步骤5中采空层覆岩导水裂隙带最大高度计算模型的计算公式如下： 式(6)中， Z为覆岩导水裂隙带最大高度， hi为第i层顶板岩层厚度， i的取值为步骤5中确 定的覆岩导水裂隙带最大高度所在岩层 层位。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114329922 B 3