[发明专利]一种矿井断层影响范围的确定方法

摘要

本发明提出一种矿井断层影响范围的确定方法，属于矿山安全开采技术领域，本发明根据地质勘探信息与巷道掘进揭露情况，确定了断层带的前兆影响范围；根据断层带附近煤岩层的力学性实验，确定了断层上、下两盘的弱化带；依据三维精细化数值模型，反演了地应力的分布特征，从理论上计算了最大主应力影响范围；最终，通过三者的并集，科学地确定了断层带的空间影响范围；这将为断层影响范围提供了一种新的确定方法，也将为断层构造带诱发煤岩动力灾害的危险区域划分提供了新的思路与方法。

主权项

1.一种矿井断层影响范围的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据地质勘探与井下采掘揭露的地质信息，确定各个断层的空间分布位置、各个断层与煤岩层的空间结构与几何形态；步骤2、根据煤层与岩层节理化程度、煤层与岩层的构造形态、煤层的厚薄变化、煤岩层顶底板高程的变化、掘进过程中巷道矿压的显现程度、煤体瓦斯含量与掘进过程中瓦斯涌出量的变化，确定断层的前兆影响范围；步骤3、提取待测煤岩芯加工制作煤岩样的标准试件，并在实验室进行力学测试，获得各个煤岩层的力学特性，确定断层附近的煤岩力学性质，从而确定断层附近的煤岩力学性质弱化带；步骤4、在开采区域及其断层附近布置地应力测点，获得地应力；步骤5、根据步骤1的地质信息，构建可描述煤层赋存特征的三维地质模型，再转换成可模拟计算的数值模型；步骤6、根据步骤3中的各个煤岩层的力学特性，选用摩尔库伦模型，赋予数值模型中煤岩层的力学参数，并采用数值模拟方法与步骤4中的实测地应力联合反演边界应力最优加载条件，通过确定的边界加载条件对模型进行初始平衡计算，获得模型的初始地应力场；具体步骤如下：步骤6‑1、根据步骤4获得的地应力，即最大水平主应力、最小水平主应力与铅直应力数据，分别作出三个主应力随深度变化的线性关系，通过线性做线性拟合方程确定3个方向的地应力随深度变化的梯度，即线性方程的斜率；步骤6‑2、确定三维地质模型的边界加载模式，在三维地质模型的X与Y水平方向两侧施加随深度线性变化的边界载荷，其它侧面位移约束，地表为自由端，底面为固定端；步骤6‑3、根据实测地应力特征，确定数值模型中边界加载条件的合理取值范围；步骤6‑4、应用正交试验方法确定数值模拟方案，依据反演因素的数目及每个因素选取的水平数来选定常用正交试验表；步骤6‑5、将正交表所组成的参数样本，通过步骤6‑3获得边界加载的量化条件，在数值模型中进行初始平衡计算，获得与实测点相对应的地应力，即最大、最小水平主应力与铅直应力；步骤6‑6、分别将计算得到的应力值样本和边界参数样本作为支持向量机的输入样本与输出样本，构建支持向量机训练模型，再将实测地应力值输入训练好的支持向量机模型，输出获得待反演的参数值；步骤6‑7、基于反演得到的边界条件，再进行数值模拟计算，获得与实测地点相对应的最大、最小水平主应力与铅直应力，构建评价关系式，验证所模拟计算的应力是否满足客观实际的精度；步骤6‑8、将反演计算获得的最优边界加载条件，赋予数值模型，通过模拟计算获得初始地应力场；步骤7、将反演获得的三维地应力云图，沿工作面走向作剖面切片，将切片中的临近断层带最大主应力大于其平均值设定倍数或者小于其平均值设定倍数的区域，作为断层带的应力影响范围；步骤8、将断层的前兆影响范围、断层附近的煤岩力学性质弱化带与断层的应力影响范围求并集，获得断层带的最终影响范围。