[发明专利]一种底板隔水岩层稳定性计算方法

说明书

一种底板隔水岩层稳定性计算方法，S1：若煤岩层底板岩性相近，将岩煤开采层至承压开采层之间的部分简化为一种底板岩性结构的底板岩层，若煤岩层底板岩性存在明显的上下分层结构，将岩煤开采层至承压开采层之间的部分简化为两种底板岩性结构的底板岩层，建立力学模型，进行受力分析；S2：引入弹塑性破坏理论进行分析；S3：选取微分单元，建立微分平衡方程；S4：解微分方程，推导底板岩层能承受的最大极限水压力值或最小隔水岩层厚度安全阈值；S5：根据实际问题，判断隔水层厚度是否安全。该方法能推导出底板隔水岩层厚度安全阈值和最大极限水压力值，可科学合理的判断底板整体安全性，为高承压水体上开采煤岩层提供安全保障和理论指导。

技术领域

本发明属于岩土灾害技术领域，具体涉及一种底板隔水岩层稳定性计算方法。

背景技术

煤炭的发展在经济建设中有着举足轻重的地位，其在国民经济和人民生活中的起着中坚力量的作用。现阶段，很多煤炭均分布于地下水层附近，很多煤炭资源受到水害的严重威胁。近些年，煤岩层底板突水事故时有发生，以灰岩承压水带来的煤岩层底板突水隐患尤为突出，合理科学的提前排查底板突水隐患、降低甚至消除底板突水威胁就显得极为重要。

在现有技术中，对底板隔水层稳定性方面在以往并没有系统性的理论求解方法，同时，对底板隔水岩层安全的评价方法均未兼顾底板采动破坏深度与承压水导升高度双重影响，且现有的方法未求得最小隔水层厚度和最大极限水压力值。另外，现阶段，现场实际判断底板安全性依然参考突水系数法进行，突水系数法是采用统计归纳法所得到经验结果，针对具体的某一个煤矿或采面底板稳定性安全评价没有现成的理论求解方法，缺乏理论支撑，且没有考虑底板岩石力学性质，无系统性的理论求解方法，在实际操作过程中，无法给工程实践人员带来科学的指导。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种底板隔水岩层稳定性计算方法，该方法能推导得出底板隔水岩层厚度安全阈值和最大极限水压力值，可科学合理的判断底板整体安全性，为高承压水体上开采煤岩层提供安全保障和理论指导。

为了实现上述目的，本发明提供一种底板隔水岩层稳定性计算方法，若煤岩层底板岩性相近，则执行步骤一；若煤岩层底板岩性存在明显的上下两层分层结构，则执行步骤二；

步骤一：以单一岩性结构底板隔水岩层进行稳定性分析，具体方法如下：

S1：建立力学模型，进行受力分析；具体方法如下：

S10：将岩煤开采层至承压开采层之间的部分简化为一种底板岩性结构的底板岩层，再将一种底板岩性结构的由上到下依次分为底板采动裂隙层、有效隔水层和底板承压水导升裂隙层；

S11：根据公式(1)计算底板的有效隔水层高度h₁；

h₁＝H₁-h₀-c   (1)；

式中，H₁为底板岩层的厚度，单位m；h₀为底板采动裂隙层高度；c为底板承压水导升裂隙层高度；

S12：根据公式(2)计算底板承压水导升裂隙层顶部的等效水压力q₂；根据公式(3)计算采空区冒落矸石的等效荷载q₁；

q₂＝q₀-(h₁+h₀)·γ₁    (2)；

式中，q₀为高承压水实际作用的水压力；γ₁为底板岩层的等效重度，单位KN/m³；L为采空区沿走向长度；γ为采空区冒落矸石的等效重度，单位KN/m³；