(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111551068.5 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 晋能控股煤业 集团有限公司 地址 037003 山西省大同市新平旺 (72)发明人 郭金刚　王存权　赵晨德　宋金旺　 纪润清　刘宇　 (74)专利代理 机构 太原科卫专利事务所(普通 合伙) 1410 0 代理人 侯小幸 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 煤矿老空区突水监测与判定方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤矿老空区突水监测与 判定方法， 涉及煤矿老空区的水害监测领域。 老 空区由于开采的影 响， 在其顶底板一定范围内发 育塑性破坏区域， 即顶板导水裂隙带和底板破坏 带 （深度记为h1） ， 当老空区下方煤层开采时所产 生的顶板导水裂隙带 （高度记为h2） 与上覆老空 区底板破坏带之间的完成岩层 （有效隔水层， 厚 度记为h） 较薄时， 在上覆岩体和老空区水压的作 用下， 有效隔水层可能产生塑性破坏， 形成导水 通道， 从而引发顶部老空区积水进入 下方煤层开 采工作面内引发突水事故。 顶板老空区有效隔水 层可能发生剪切破坏或拉张破坏， 所以制定了综 合判据， 可以较为直观的看出是否具有突水的危 险性， 能够反映突水发生的前兆信息 。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 114282362 A 2022.04.05 CN 114282362 A 1.一种煤矿老空区突水监测与判定方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 1)有效隔水层抗剪破坏力学模型及判据： 在水平或近水平的情况下， 将老空区下方有 效隔水层简化成四边固支的受均布载荷的 薄板： 薄板上部受上部岩体的自重应力q1和老空区水压p的作用， 板的下部受下方煤层裂隙带 的支撑作用q2； 对于四周固支受均布载荷q＝p+q1+γh‑q2； 根据弹塑性力学薄板理论， 有固支边界条件下有效隔水层中面的挠曲函数为： 有效隔水层的应变能为U， 外力势能为V， 根据理论分析及经验， 取公式(1)第一项即m＝ n＝1可满足现场要求， 则根据最小势能原理有： 式中： 为有效隔水层的抗弯刚度， 根据理论分析及经验， 令m＝n＝1， 式 (1)求解得： 将公式(3)带入公式(1)得 根据弹性理论， 薄板内应力与挠曲函数满足方程： 解方程组并通过计算可以求出板中的最大主应力得：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282362 A 2根据莫尔 ‑库仑(Mohr ‑Coulomb)屈服准则， 当主应力满足下式(7)时， 有效隔水层产生 剪切破坏： 即有： 式中： Lx， Ly—分别为所研究区域的长及宽， Lx＝Max(Lx， Ly)； γ—有效隔水层容重； q2—煤层顶板裂隙带残余强度； 2)有效隔水层抗拉破坏力学模型及判据： 据塑性理论中板极限分析方法， 当有效隔水层达到破坏时， 其破坏位置形成塑铰线； 由 于临界破坏之前仍然处于平衡状态， 根据虚功原理， 令总虚应变能为U， 外力总虚功为V， 则 有： U＝V 根据塑性理论， U为塑铰线所做 功之和， 计算后得： 外力总虚 功为： 则有： 公式(9)＝(10)即： 其中： M＝Sth2/4， St为有效隔水层平均抗拉强度： 上式整理得： 对x进行求导并令dq/dx＝0得：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282362 A 3