(19)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 20221078328 8.9 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 枣庄矿业 （集团） 有限责任公司滨湖 煤矿 (72)发明人 刘士亮　李维国　张文慧　姜辉　 王成　王傲　毛德强　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 闫伟姣 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种深井采动底板突水危险性的判 断方法 及系统 (57)摘要 本发明属于煤矿矿井水害防治技术领域， 提 供了一种深井采动底板突水危险性的判断方法 及系统， 首先基于半无限弹性体力学理论和 Mohr‑Coulomb屈服准则得到采动底板破坏深度、 基于断裂力学原理和Mi ses屈服准则得到承压 水 导升高度以及利用煤层距离承压水的距离减所 述采动底板破坏深度和压水导升高度得到底板 隔水关键带厚度； 然后依据采动底板破坏深度、 承压水导升高度和底板隔水关键带 厚度， 以及极 限平衡理论， 得到底板突水极限水压和突水系 数； 最后利用所述突水系数与预设值的比较， 以 及所述底板突水极限水压与预设值的比较， 对采 动底板突水危险性进行判断， 整个过程避免了人 为主观因素的影响， 保证 了评价结果的准确性。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115130876 A 2022.09.30 CN 115130876 A 1.一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特 征在于， 包括： 获取采动底板岩体的相关指标 数据和承压水的相关指标 数据； 依据采动底板岩体的相关指标数据， 以及半无限弹性体力学理论和Mohr ‑Coulomb屈服 准则， 得到采动底板破坏 深度； 依据承压水的相关指标数据， 以及断裂力学原理和Mises屈服准则， 得到承压水导升高 度； 利用煤层距离承压水的距离减所述采动底板破坏深度和所述压水导升 高度， 得到底板 隔水关键带厚度； 依据所述采动底板破坏深度、 所述承压水导升高度和所述底板隔水关键带厚度， 以及 极限平衡理论， 得到底板突水极限水压； 计算承压水 水压与所述底板隔水关键带厚度的比值， 得到突水系数； 利用所述突水系数与预设值的比较， 以及所述底板突水极限水压与预设值的比较， 对 采动底板突水危险性进行判断。 2.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 指标数 据包括上覆岩层平均容重、 煤层埋深、 矿压卸荷区宽度、 矿压应力集中系 数、 煤壁至应力峰 值宽度、 应力峰值至原岩 应力的宽度、 控顶距、 承压水压力、 煤层至承压水层距离、 底板隔水 层容重、 内聚力和内摩擦角。 3.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 基于半 无限弹性体力学理论获取采动底板岩体中任一 点处的应力分量： 其中， dε为底板岩体微单元体长度； x为底板岩体任一点横坐标值； y为底板岩体任一点 纵坐标值； K为应力集中系数； H为埋深； γ为岩 体的容重； P为承压水水压力； L为工作面控顶 区宽度； a为工作面后方应力降低区的三角形线性载荷水平走向长度； b为工作面前方煤壁 至应力峰值的水平走向长度； c为应力峰值前方的梯形线性载荷的水平走向长度； h为煤层 底板至承压水的距离 。 4.如权利要求3所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 采动底 板破坏深度为： 其中， x为底板岩体任一点横坐标值； y为底板岩体任一点纵坐标值； 为为底板岩体内 摩擦角； τmax为底板岩体最大剪切力。 5.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 承压水 导升高度为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130876 A 2其中，θ为裂隙扩展角； μ为泊 松比； σ1和σ3分别为最大主应力和最小主应力； β 为裂隙和σ1 方向的夹角； σn为裂纹面上的正应力； 为摩擦角； w为含水率； t为浸水时间； cn为裂隙面内 充填物粘聚力； r为半裂纹长度； P为承压水 水压力。 6.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 底板突 水极限水压为： 式中， C为底板 隔水关键层的内聚力； 为底板隔水关键层的内摩擦角； K为应力集 中系 数； H为煤层埋深； h3为承压水导升高度； h1为底板破坏深度； h2为底板隔水关键带厚度； γ为 底板岩体容重； a为工作面后方应力降低区的三角形线性载荷水平走向长度。 7.如权利要求1所述的一种深井采动底板突水危险性的判断方法， 其特征在于， 突水系 数小于预设值， 表示煤层底板没有突水危险性； 底板突水极限水压大于底板所能承受的实 际水压， 表示没有发生 突水。 8.一种深井采动底板突水危险性的判断系统， 其特 征在于， 包括： 数据采集模块， 被配置为： 获取采动底板岩体的相关指标数据和承压水的相关指标数 据； 采动底板破坏深度计算模块， 被配置为： 依据采动底板岩体的相关指标数据， 以及 半无 限弹性体力学理论和Mohr ‑Coulomb屈服准则， 得到采动底板破坏 深度； 承压水导升高度计算模块， 被配置为： 依据承压水的相关指标数据， 以及断裂力学原理 和Mises屈服 准则， 得到承压水导升高度； 底板隔水关键带厚度计算模块， 被配置为： 利用煤层距离承压水的距离减所述采动底 板破坏深度和所述压水导升高度， 得到底板隔水关键带厚度； 底板突水极限水压计算模块， 被配置为： 依据 所述采动底板破坏深度、 所述承压水导升 高度和所述底板隔水关键带厚度， 以及极限平衡理论， 得到底板突水极限水压； 突水系数计算模块， 被配置为： 计算承压水水压与 所述底板隔水关键带厚度的比值， 得 到突水系数； 判断模块， 被配置为： 利用所述突水系数与预设值的比较， 以及所述底板突水极限水压 与预设值的比较， 对 采动底板突水危险性进行判断。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执 行时实现了如权利要求1 ‑7任一项所述的深井采动底板突水危险性的判断方法的步骤。 10.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算 机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求 1‑7任一项所述的深 井 采动底板突水危险性的判断方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130876 A 3