權(quán)利要求

1.金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，包括： 獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度； 將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度； 所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型的獲取步驟包括： 獲取多組歷史巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度、采場高度逐漸遞增的樣本，以及對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度樣本； 分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)、巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)、采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)和采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)； 結(jié)合巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度和采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，得到導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型為：  為巖體內(nèi)摩擦角，c為巖體粘聚力，B為采場寬度，h為采場高度，H為導(dǎo)水裂隙帶高度，k 1為巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 2為巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 3為采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 4為采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 5為常數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，在所述分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的過程中采用萊文貝格－馬夸特方法。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型具體為：  擬合優(yōu)度為0.958。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括： 采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系； 隨著巖體粘聚力的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力為對數(shù)關(guān)系，具體為： y 1＝-20.66ln(x 1)+37.211 y 1為單一變量為歷史粘聚力的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 1為歷史巖體粘聚力，擬合優(yōu)度為0.9921。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括： 采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系； 歷史內(nèi)摩擦角以正切值的形式影響歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，隨著巖體摩擦角的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，擬合得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角為對數(shù)關(guān)系，具體為： y 2＝-64.56ln(x 2)+32.622 y 2為單一變量為歷史內(nèi)摩擦角的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 2為歷史內(nèi)摩擦角，擬合優(yōu)度為0.9735。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括： 采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系； 隨著采場寬度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為： y 3＝0.904x 3+22.067 y 3為單一變量為歷史采場寬度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 3為歷史采場寬度，優(yōu)度為0.9778。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，其特征在于，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括： 采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系； 隨著采場高度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為： y 4＝0.6317x 4+54.067 y 4為單一變量為歷史采場高度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 4為歷史采場高度，優(yōu)度為0.9647。 8.金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)，用于執(zhí)行權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，包括：獲取模塊、處理模塊和輸出模塊； 所述獲取模塊，用于獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度； 所述處理模塊，用于將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型； 所述輸出模塊，用于輸出導(dǎo)水裂隙帶高度。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及礦山巖體安全領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

礦體開采后，采場(地下采礦區(qū))頂板發(fā)生破壞，其破壞區(qū)域從下而上，參見圖3，可分為冒落帶，裂隙發(fā)育帶和彎曲下沉帶，合稱為三帶。在三帶中，由于在冒落帶和裂隙發(fā)育帶中，巖石在外力作用下產(chǎn)生的變形量超過其最大彈性變形量后，會產(chǎn)生塑性破壞，而在進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)時的一個顯著特點(diǎn)就是巖石內(nèi)部裂隙顯著發(fā)育。當(dāng)外力繼續(xù)增大或變形繼續(xù)增大，超過巖石承受極限(應(yīng)力極限或變形極限)，巖石會發(fā)生破斷，繼而發(fā)生塑性破壞或斷裂破壞，形成貫通裂隙，裂隙成為導(dǎo)水通道，因此又將冒落帶和裂隙發(fā)育帶統(tǒng)稱為導(dǎo)水裂隙帶。

因?qū)严稁Э蓪⒉蓤隹臻g和地下水系通過貫通裂隙聯(lián)通，隨著地下開采面積的增大，采場上的巖體發(fā)生破壞(塑性破壞或斷裂破壞)的范圍也會隨之增加，導(dǎo)水裂隙帶高度也會隨之增大，隨著開采的繼續(xù)，甚至?xí)l(fā)展到地表。當(dāng)裂隙發(fā)育帶發(fā)育至地表時，會將地表水體引入地下采掘空間，對生產(chǎn)安全造成極大影響。

因此，將采場開采后，導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度作為研究對象進(jìn)行研究。可作為預(yù)警作用。亦可作為設(shè)計參考，通過研究導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，若導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育到地表。則要限制地下開采，使導(dǎo)水裂隙帶不能發(fā)育至地表。

導(dǎo)水裂隙帶高度受多因素共同作用，目前很難建立起準(zhǔn)確的力學(xué)模型用以求解，且導(dǎo)水裂隙帶高度是一個由下而上逐步發(fā)育的過程，是一個動態(tài)過程，更增加了力學(xué)模型直接求解的難度。目前，針對金屬礦山導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測的模型有利用冒落拱理論進(jìn)行預(yù)測，但其僅考慮了巖石的普式模量，參數(shù)太少，不夠準(zhǔn)確；或引用煤炭行業(yè)經(jīng)驗(yàn)公式，但煤炭開采和金屬礦山差異很大，煤炭是大面積層狀開采，金屬礦多是局部開采，采場尺寸有限，引用煤炭行業(yè)經(jīng)驗(yàn)公式存在諸多問題。因此如何準(zhǔn)確獲取導(dǎo)水裂隙帶高度，成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了準(zhǔn)確獲取金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度，以對開采過程進(jìn)行預(yù)警，本申請?zhí)峁┮环N金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法及系統(tǒng)。

本申請第一方面，提供一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，包括：

獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。

將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度。

所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型的獲取步驟包括：

獲取多組歷史巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度、采場高度逐漸遞增的樣本，以及對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度樣本。

分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)、巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)、采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)和采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)。

結(jié)合巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度和采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，得到導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型為：

為巖體內(nèi)摩擦角，c為巖體粘聚力，B為采場寬度，h為采場高度，H為導(dǎo)水裂隙帶高度，k 1為巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 2為巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 3為采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 4為采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 5為常數(shù)。

可選的，在所述分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的過程中采用萊文貝格－馬夸特方法。

可選的，所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型具體為：

擬合優(yōu)度為0.958。

可選的，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著巖體粘聚力的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史粘聚力為對數(shù)關(guān)系，具體為：

y 1＝-20.66ln(x 1)+37.211

y 1為單一變量為歷史巖體粘聚力的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 1為歷史粘聚力，擬合優(yōu)度為0.9921。

可選的，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

歷史內(nèi)摩擦角以正切值的形式影響歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，隨著巖體摩擦角的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，擬合得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角為對數(shù)關(guān)系，具體為：

y 2＝-64.56ln(x 2)+32.622

y 2為單一變量為歷史內(nèi)摩擦角的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 2為歷史內(nèi)摩擦角，擬合優(yōu)度為0.9735。

可選的，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著采場寬度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為：

y 3＝0.904x 3+22.067

y 3為單一變量為歷史采場寬度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 3為歷史采場寬度，優(yōu)度為0.9778。

可選的，對所述歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著采場高度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為：

y 4＝0.6317x 4+54.067

y 4為單一變量為歷史采場高度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 4為歷史采場高度，優(yōu)度為0.9647。

本申請第二方面，提供一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)，包括：獲取模塊、處理模塊和輸出模塊。

所述獲取模塊，用于獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。

所述處理模塊，用于將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型。

所述輸出模塊，用于輸出導(dǎo)水裂隙帶高。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┑囊环N金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法及系統(tǒng)，通過獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度?？蓪?shí)現(xiàn)準(zhǔn)確獲取金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度，以對后續(xù)開采過程進(jìn)行預(yù)警。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實(shí)施例提供的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法流程圖；

圖2為本申請實(shí)施例提供的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型的獲取流程圖；

圖3為三帶示意圖；

圖4為本申請實(shí)施例中數(shù)值模擬模型圖；

圖5為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力的關(guān)系圖；

圖6為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體內(nèi)摩擦角正切值的關(guān)系圖；

圖7為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的關(guān)系圖；

圖8為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的關(guān)系圖；

圖9為本申請實(shí)施例中不同歷史巖體粘聚力下裂隙發(fā)育帶高度示意圖；

圖10為本申請實(shí)施例中不同歷史內(nèi)摩擦角下裂隙發(fā)育帶高度示意圖；

圖11為本申請實(shí)施例中不同歷史采場寬度下裂隙發(fā)育帶高度示意圖；

圖12為本申請實(shí)施例中不同歷史采場高度下裂隙發(fā)育帶高度示意圖；

圖13為本申請實(shí)施例提供的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)的框架圖。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)地對實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下實(shí)施例中描述的實(shí)施方式并不代表與本申請相一致的所有實(shí)施方式。僅是與權(quán)利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的系統(tǒng)和方法的示例。

參見圖1為本申請實(shí)施例提供的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法流程圖。

本申請實(shí)施例第一方面，提供一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，包括：

S1，獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。

S2，將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度。

參見圖2，為本申請實(shí)施例提供的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型的獲取流程圖。

所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型的獲取步驟包括：

S201，獲取多組歷史巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度、采場高度逐漸遞增的樣本，以及對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度樣本。

S202，分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)、巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)、采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)和采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)。

S203，結(jié)合巖體粘聚力、內(nèi)摩擦角、采場寬度和采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，得到導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，所述導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型為：

為巖體內(nèi)摩擦角，c為巖體粘聚力，B為采場寬度，h為采場高度，H為導(dǎo)水裂隙帶高度，k 1為巖體粘聚力對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 2為巖體內(nèi)摩擦角對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 3為采場高度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 4為采場寬度對應(yīng)的擬合系數(shù)，k 5為常數(shù)。

采用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行“三下開采”導(dǎo)水裂隙帶高度的研究。基本巖體參數(shù)采用Ⅳ級巖體參數(shù)：內(nèi)摩擦角27°，粘聚力0.2MPa，變形模量1.3GPa，泊松0.35。

巖體抗拉強(qiáng)度根據(jù)下式計算： 體積剛度： 剪切剛度： 

其中：E為彈性模量，GPa；υ為泊松比； 為巖體內(nèi)摩擦角；c為巖體粘聚力，單位MPa。

冒落帶和裂隙發(fā)育帶的主要特點(diǎn)是其中巖體發(fā)生塑性破壞或塑性破壞后進(jìn)而發(fā)生斷裂破壞。因此，采用數(shù)值模擬確定不同方案下塑性發(fā)育帶高度，以塑性發(fā)育帶高度作為導(dǎo)水裂隙帶高度，進(jìn)而得到導(dǎo)水裂隙帶高度和不同參數(shù)之間的規(guī)律。

建立二維平面應(yīng)變模型，如圖4所示為本申請實(shí)施例中數(shù)值模擬模型圖，模型尺寸為300m×400m，巖體破壞準(zhǔn)則采用摩爾-庫倫破壞準(zhǔn)則。模型底部和兩側(cè)采用位移約束，頂部施加1.25MPa應(yīng)力約束。圖中空白處為開采點(diǎn)(采場)，離開采點(diǎn)越近網(wǎng)格越密，越遠(yuǎn)網(wǎng)格越稀疏，數(shù)值模擬過程分為兩個步驟：模型初始平衡、礦體開挖后導(dǎo)水裂隙帶高度分析。

不同參數(shù)影響下導(dǎo)水裂隙帶高度分析：

參見圖5，為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力的關(guān)系圖。

參見圖9，為本申請實(shí)施例中不同歷史巖體粘聚力下裂隙發(fā)育帶高度示意圖。圖中，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)均為模型尺寸，單位為m；另外，圖中 ×代表塑性破壞點(diǎn)，○代表塑性破壞后進(jìn)而發(fā)生斷裂破壞。

對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著巖體粘聚力的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史粘聚力為對數(shù)關(guān)系，具體為：

y 1＝-20.66ln(x 1)+37.211

y 1為單一變量為歷史巖體粘聚力的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 1為歷史粘聚力，擬合優(yōu)度為0.9921。

在其他參數(shù)不變的情形下，研究歷史巖體粘聚力分別為0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.4MPa、0.8MPa、1.6MPa、3.2MPa條件下，導(dǎo)水裂隙帶高度。得到結(jié)果參見表1，表1為不同歷史巖體粘聚力條件下導(dǎo)水裂隙帶高度表。

表-1-不同歷史巖體粘聚力條件下導(dǎo)水裂隙帶高度

由表1可知，隨著巖體粘聚力的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小。通過試擬合，導(dǎo)水裂隙帶高度和粘聚力呈對數(shù)關(guān)系。對兩者進(jìn)行擬合，得到導(dǎo)水裂隙帶高度和粘聚力的關(guān)系：y 1＝-20.66ln(x 1)+37.211，R 2＝0.9921，R 2為擬合優(yōu)度，其擬合程度較高。其中擬合優(yōu)度R 2最高的，即最接近1的關(guān)系為最終擬合關(guān)系。

參見圖6，為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體內(nèi)摩擦角正切值的關(guān)系圖。

參見圖10，為本申請實(shí)施例中不同歷史內(nèi)摩擦角下裂隙發(fā)育帶高度示意圖。

對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。歷史內(nèi)摩擦角以正切值的形式影響歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，隨著巖體內(nèi)摩擦角的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小，擬合得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史內(nèi)摩擦角為對數(shù)關(guān)系，具體為：

y 2＝-64.56ln(x 2)+32.622

y 2為單一變量為歷史內(nèi)摩擦角的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 2為歷史內(nèi)摩擦角，擬合優(yōu)度為0.9735。

在其他參數(shù)不變的情形下，研究巖體內(nèi)摩擦角分別為12°、17°、22°、27°、32°、37°、42°、52°條件下，導(dǎo)水裂隙帶高度。得到結(jié)果參見表2，表2為不同巖層內(nèi)摩擦角條件下導(dǎo)水裂隙帶高度表。

表-2-不同巖層內(nèi)摩擦角條件下導(dǎo)水裂隙帶高度

由表2可知，隨著巖體摩擦角的提高，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸減小。巖體破壞服從摩爾庫侖破壞準(zhǔn)則： 其中：τ n為破裂面上的剪應(yīng)力，MPa。σ n為破裂面上的正應(yīng)力，MPa。由摩爾庫侖破壞準(zhǔn)則可見，內(nèi)摩擦角以正切值 的形式對巖體破壞起作用。因此，研究導(dǎo)水裂隙帶高度和巖體內(nèi)摩擦角正切值 之間關(guān)系，通過試擬合發(fā)現(xiàn)呈對數(shù)關(guān)系，對兩者進(jìn)行擬合，得到y(tǒng) 2＝-64.56ln(x 2)+32.622，R 2＝0.9735，擬合程度較高。

參見圖7，為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的關(guān)系圖。

參見圖11，為本申請實(shí)施例中不同歷史采場寬度下裂隙發(fā)育帶高度示意圖。

對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著采場寬度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場寬度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為：

y 3＝0.904x 3+22.067

y 3為單一變量為歷史采場寬度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 3為歷史采場寬度，優(yōu)度為0.9778。

在其他參數(shù)不變的情形下，研究采場寬度分別為25m、50m、75m、100m、125m、150m條件下，導(dǎo)水裂隙帶高度。得到結(jié)果參見表3，表3為不同采場寬度條件下導(dǎo)水裂隙帶高度表。

表-3-不同采場寬度條件下導(dǎo)水裂隙帶高度

由表3可知，隨著采場寬度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大。通過試擬合，導(dǎo)水裂隙帶高度和采場寬度呈線性關(guān)系。對兩者進(jìn)行擬合，得到導(dǎo)水裂隙帶高度和采場寬度的關(guān)系：y 3＝0.904x 3+22.067，R 2＝0.9778，擬合程度較高。

參見圖8，為本申請實(shí)施例中歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的關(guān)系圖。

參見圖12，為本申請實(shí)施例中不同歷史采場高度下裂隙發(fā)育帶高度示意圖。

對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)擬合步驟包括：

采用最小二乘法進(jìn)行指數(shù)擬合、線性擬合、對數(shù)擬合、多項(xiàng)式關(guān)系擬合、冪函數(shù)擬合，取其中擬合優(yōu)度最高的，為最終擬合關(guān)系。

隨著采場高度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，得到歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史采場高度的樣本數(shù)據(jù)為線性關(guān)系，具體為：

y 4＝0.6317x 4+54.067

y 4為單一變量為歷史采場高度的情況下對應(yīng)的歷史導(dǎo)水裂隙帶高度，x 4為歷史采場高度，優(yōu)度為0.9647。

在其他參數(shù)不變的情形下，研究采場高度分別為2.5m、5.0m、10m、15m、20m條件下，導(dǎo)水裂隙帶高度。得到結(jié)果參見表4，表4為不同采場高度條件下導(dǎo)水裂隙帶高度。

表-4-不同采場高度條件下導(dǎo)水裂隙帶高度

由表4可知，隨著采場高度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大。通過試擬合，導(dǎo)水裂隙帶高度和采場高度呈線性關(guān)系。對兩者進(jìn)行擬合，得到導(dǎo)水裂隙帶高度和采場高度的關(guān)系：y 4＝0.6317x 4+54.067，R 2＝0.9647，擬合程度較高。

在分別對歷史導(dǎo)水裂隙帶高度和歷史巖體粘聚力、歷史內(nèi)摩擦角、歷史采場寬度、歷史采場高度關(guān)系的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的過程中采用萊文貝格－馬夸特方法。其中萊文貝格－馬夸特方法(Levenberg–Marquardt algorithm)能提供數(shù)非線性最小化(局部最小)的數(shù)值解。每種擬合都是采用最小二乘法擬合。

通過對上述數(shù)據(jù)的整理分析，初步得到導(dǎo)水裂隙帶高度H和巖體粘聚力c、內(nèi)摩擦角正切值 呈對數(shù)關(guān)系，和采場高度h和寬度B呈線性關(guān)系。即：

其中，k 1、k 2、k 3、k 4、k 5為擬合系數(shù)。

通過多參數(shù)擬合得到相應(yīng)系數(shù)值，得到：

由以上技術(shù)方案可知，本申請實(shí)施例提供的一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法，通過獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度?？蓪?shí)現(xiàn)準(zhǔn)確獲取金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度，以對后續(xù)開采過程進(jìn)行預(yù)警。

參見圖13，為本申請實(shí)施例提供的金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)的框架圖。

本申請實(shí)施例第二方面，提供一種金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取系統(tǒng)，包括：獲取模塊、處理模塊和輸出模塊。所述獲取模塊，用于獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。所述處理模塊，用于將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型。所述輸出模塊，用于輸出導(dǎo)水裂隙帶高。

將巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入所述獲取模塊，所述獲取模塊將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度傳遞至所述處理模塊，所述處理模塊將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高，所述處理模塊將導(dǎo)水裂隙帶高傳遞至所述輸出模塊，所述輸出模塊輸出導(dǎo)水裂隙帶高。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┑囊环N金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法及系統(tǒng)，通過獲取巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度。將所述巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，以及采場的寬度和高度輸入預(yù)先建立的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測模型，得到導(dǎo)水裂隙帶高度?？蓪?shí)現(xiàn)準(zhǔn)確獲取金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度，以對后續(xù)開采過程進(jìn)行預(yù)警。

本申請?zhí)峁┑膶?shí)施例之間的相似部分相互參見即可，以上提供的具體實(shí)施方式只是本申請總的構(gòu)思下的幾個示例，并不構(gòu)成本申請保護(hù)范圍的限定。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下依據(jù)本申請方案所擴(kuò)展出的任何其他實(shí)施方式都屬于本申請的保護(hù)范圍。

金屬礦開采中導(dǎo)水裂隙帶高度的獲取方法及系統(tǒng).pdf