(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 202210593770.6 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 山西省交通 规划勘察设计院有限公 司 地址 030032 山西省太原市小店区武洛街 27号山西交通科 学园区 申请人 中国地质大 学 （北京） (72)发明人 王海　徐能雄　李文强　赵昀昀　 王汉斌　杨朝晖　秦严　张彬　 贾穗子　 (74)专利代理 机构 太原新航路知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 14112 专利代理师 王云峰 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体 分带判别方法 (57)摘要 本发明具体是一种基于离散元的急倾斜煤 层开采受扰动岩体 分带判别方法， 用于对急倾斜 煤层开采时， 对 上覆不同程度的受扰动岩体进行 分带， 并准确圈定出各带的范围。 该方法是采用 如下步骤实现的： S1： 确定离散元软件建立模型 的范围； S2： 确定受扰动岩体的区域范围； S3： 划 分水平层扰动区、 倾斜层扰动区； S4： 根据变异系 数确定水平层扰动区中的垮落带、 裂缝 ‑整体移 动带； S5： 根据变异系数确定倾斜层扰动区中的 垮落带、 裂缝 ‑整体移动带； S6： 合并， 得到垮落 带、 裂缝‑整体移动带的区域范围。 本发 明对急倾 斜煤层开采受扰动岩体进行分带判别， 能够更好 地解决急倾斜煤层开采过程中上覆受扰动岩体 两带发育高度及分布范围的问题。 权利要求书1页 说明书7页 附图6页 CN 114996807 A 2022.09.02 CN 114996807 A 1.一种基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方法， 其特征在于： 该方法 是采用如下步骤实现的： 步骤S1： 由倾 斜煤层开采区向外扩展， 得到 离散元软件建立模型的范围； 步骤S2： 输入力学参数， 进行迭代计算， 得到受扰动岩体的区域范围； 步骤S3： 将受扰动岩体的区域划分为水平层扰动区和倾 斜层扰动区； 步骤S4： 首先将水平层扰动区划分为n个上下分布的水平扰动层， 并对各个水平扰动层 进行编号， 编号原则为距离倾斜煤层开采区越近， 编号越小； 接着 计算水平扰动层内所有岩 块位移值的变异系数SV水平i， i＝0，……， n； 然后绘制水平扰动层编号i与变异系数的关系曲 线， 该关系曲线在i＝a时趋于收敛， 则由第0个水平扰动层， ……， 第a‑1个水平扰动层组合 成的区域为水平层扰动区中的垮落带； 由第a个水平扰动层， ……， 第n个水平扰动层组合成 的区域为水平层扰动区中的裂缝 ‑整体移动带； 步骤S5： 首先将倾斜层扰动区划分为m个倾斜布置且沿倾斜层扰动区的法线分布的倾 斜扰动层， 并对各个倾斜扰动层进行编号， 编号原则为距离倾斜煤层开采区越近， 编号越 小； 接着计算倾斜扰动层内所有岩块位移值的变异系数SV倾斜j； 然后绘制倾斜扰动层编号j 与变异系数的变化曲线， 该关系曲线在j＝b时趋于收敛， 则由第0个倾斜扰动层， ……， 第b‑ 1个倾斜扰动层组合成的区域为倾斜层扰动区中的垮落带； 由第b个倾斜扰动层， ……， 第m 个倾斜扰动层组合成的区域 为倾斜层扰动区中的裂缝 ‑整体移动带； 步骤S6： 将水平层扰动区中的垮落带与倾斜层扰动区中的垮落带合并， 得到受扰动岩 体垮落带的区域范围； 将水平层扰动区中的裂缝 ‑整体移动带与倾斜层扰动区中的裂缝 ‑整 体移动带合并， 得到受扰动岩体 裂缝‑整体移动带的区域范围。 2.根据权利要求1所述的基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方法， 其 特征在于： 步骤S1中， 建立模 型的范围的确定是采用如下步骤实现的： a)利用建模软件建立 初始地质模型； b)在倾斜煤层开采区所在地层内， 根据开采工作面， 由开采区边界向四周扩 展， 扩展长度大于倾斜煤层最大埋深的1.5倍， 划分出建立模型的范围； c)在划分出的建立 模型范围内向上、 向下扩展， 得到建立模型的大小。 3.根据权利要求1所述的基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方法， 其 特征在于： 步骤S 3中， 倾斜层扰动区为 沿倾斜煤层顶板 法线方向的扰动区； 水平层扰动区为 沿竖直方向位于倾 斜煤层开采区上边界上 方的扰动区。 4.根据权利要求1所述的基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方法， 其 特征在于： 步骤S4中， 计算水平扰动层内所有岩块位移 值的变异系数时， 首先 统计水平扰动 层内的所有的块体的位移值， 接着 计算位移标准差与位移平均值， 然后计算变异系数， 变异 系数等于位移标准差与位移平均值的比值； 步骤S5中， 计算倾斜扰动层内所有岩块位移值 的变异系 数时， 首先统计倾斜扰动层内的所有的块体的位移值， 接着计算位移标准差与位 移平均值， 然后计算变异系数， 变异系数等于位移标准差与位移 平均值的比值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114996807 A 2基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方 法 技术领域 [0001]本发明涉及岩体工程领域， 具体是一种基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体 分带判别方法。 背景技术 [0002]煤炭是我国的基础 能源和重要原料， 煤炭工业关系国家经济命脉和能源安全， 在 我国一次能源结构 中， 煤炭仍将长期是主体能源。 随着矿产的不断开采， 我国水平、 缓倾煤 层采区的矿产资源越来越少， 为保证可持续 发展， 许多地方不得不考虑开采急倾斜煤层。 据 研究可知， 急倾斜煤层的开采对覆岩及地表的破坏程度较水平、 缓倾煤层开采条件更为严 重。 [0003]目前对急倾斜煤层 开采诱发上覆岩层变形破坏机 理的认识还处于探索阶段， 针对 急倾斜煤层采区受扰动岩体分带 的问题， 学者多采取经验公式等手段确定带区高度， 这类 手段适用范围小， 缺少合理的带区划分依据， 这会导致无法准确 地获得急倾斜煤开采诱发 覆岩变形的各 带变化规律。 [0004]急倾斜煤炭资源开采对周围岩体的影响非常大， 在煤层开采后， 不同位置 的岩体 会受到不同程度的扰动， 具有不同的力学行为。 由先前急倾斜煤层分带的研究可知， 急倾斜 煤层开采 上覆岩层受影响带一般被 分为两带， 即垮落带和裂缝 ‑整体移动带。 垮落带的岩 体 经变形到开裂再到破碎 冒落至采空区内， 最终成为松散的堆积体， 受扰动程度较大。 裂缝 ‑ 整体移动带包含裂隙带与弯曲带， 裂隙带岩体的破断形式包括离层和开裂， 该带区的岩体 是一个从变形到屈 服再到开裂的过程， 受扰动程度中等； 弯曲带 的岩体主要发生变形与弯 曲移动， 地表可能出现裂缝和塌陷坑， 受扰动程度较小。 从上述煤矿开采诱 发受扰动 岩体的 变形破坏规律可知， 岩 体变形的离散程度不一： 垮落带区域岩层 破坏的特点是杂乱无章， 岩 体变形的离散程度较周围岩体下沉的离散程度大。 而裂缝 ‑整体移动带区域岩层岩体虽然 会有一定的变形量， 但各区域内的岩块变形差异小， 说明该区域岩 体变形的离散程度较小， 而在未被 扰动的区域， 岩体 基本无变形。 [0005]针对急倾斜煤两带高度及范围的问题， 目前多以定性研究为主， 缺少一定 的定量 研究。 而煤层开采分带研究对煤炭开采覆岩研究及煤炭开采工程都有着重要意义。 为了准 确圈定各带区的范围， 基于离散元数值模拟结果， 本发明提出一种新方法对急倾斜煤开采 扰动的岩体进行分带研究。 发明内容 [0006]为解决以上问题， 本发明提出一种基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带 判别方法。 [0007]本发明是采用如下技 术方案实现的： [0008]一种基于离散元的急倾斜煤层开采受扰动岩体分带判别方法， 该方法是采用如下 步骤实现的：说　明　书 1/7 页 3 CN 114996807 A 3