基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统技术方案

本发明专利技术涉及煤炭开采技术领域，公开了基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统，其包括如下模块：菜单栏模块，其包括“开始”、“帮助”按钮，通过点击“开始”按钮可进行导入与导出数据的操作，点击“帮助”按钮，可显示软件相关信息；参数取值模块，其用于显示以及更改用户导入的数据；范围取值模块，其用于用户输入如下参数，层数、破裂面与水平夹角θ1、断层面与水平面夹角β、采空区长度、破坏带高度；显示模块，用于显示所绘制的i层下临界水压与破裂角θ1的关系图。本发明专利技术通过提出的非均匀性层状结构底板突水临界水压值计算系统，为后续的煤层底板突水评价提供了理论和数据支撑，对煤层底板突水的防治有较为重大意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，尤其涉及基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统。

技术介绍

[0002]随着我国煤炭工业的进步与发展，采掘深度增加，煤层底板突出水害问题日益突出，矿井水害已经成为严重问题，也是威胁矿井安全生产最严重的安全隐患之一。当今，矿床底板下面的高承压水致使煤层底板突水问题日趋严重，亟待解决，所以如何解决底板突水问题，如何快速健康地开采煤炭资源，是当代煤矿研究人员研究的焦点，其核心问题且关键所在就是煤层底板突水极限水压力值的预测，因此如何做到煤炭开采经济、安全、合理，如何更加准确、有效率的在高水压力下评价煤层底板突水的危险程度，合理提出防治措施遏制灾难的发生是当今科研人员急需解决的难题。
[0003]MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)，软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式。为此有必要研究基于Matlab R2021b软件平台建立非均匀性层状结构底板突水临界水压力计算软件，其对提高专业地质人员及非专业人员对煤炭资源安全开采时临界突水水压的掌握及了解，为煤炭资源安全开采的评价提供一定的数据及软件支撑具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中所提出的技术问题，本专利技术提供基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统。
[0005]本专利技术采用以下技术方案实现：基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统，包括如下模块：
[0006]菜单栏模块，其包括“开始”、“帮助”按钮，通过点击“开始”按钮可进行导入与导出数据的操作，点击“帮助”按钮，可显示软件相关信息；
[0007]参数取值模块，其用于显示以及更改用户导入的数据；
[0008]范围取值模块，其用于用户输入如下参数，层数、破裂面与水平夹角θ1、断层面与水平面夹角β、采空区长度、破坏带高度；
[0009]显示模块，用于显示所绘制的i层下临界水压与破裂角θ1的关系图；具体地，通过所述参数取值模块以及范围取值模块获取参数；
[0010]后台系统，其用于接收参数取值模块、范围取值模块以及显示模块的数据，能够将前端数据进行计算操作，并且绘制i层下临界水压与破裂角θ1的关系图，最终通过反输于前
端界面中的显示模块；
[0011]按钮操作模块，其包括“计算”、“保存”、“修改”、“退出”、“图窗”按钮，用户可通过操作该模块中的按钮实现不同的操作。
[0012]优选的，所述参数取值模块中的数据包括但不限于：各隔水层厚度h
i
、各土层内摩擦角断裂面各层内粘聚力C
1i
、破裂面各层内摩擦角断层面各层内粘聚力C
2i
、断层面各层内摩擦角以及各土层重度γ
i
。
[0013]优选的，数据保持至excel文件中进行导入。
[0014]本专利技术还提出了一种均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统的计算方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1、建了承压含水层上方工作面开采断层突水的力学模型，且该力学模型重点研究采场底板岩层在采场工作面发生断层时所能承受的极限水压及其影响因素和敏感性，模型中，假定隔水层保护带共有i层，L是工作面后面的悬空采空区范围，第i层厚度为h
i
，重度为γ
i
，内摩擦角为内粘聚力为C
1i
，第i层岩层假定破裂面与水平面夹角为θ
i
，断层面侧内粘聚力为C
2i
，内摩擦角为
[0016]步骤2、建立矩形坐标系，且该矩形坐标系中的坐标轴设置在工作面后悬空采空区的边界位置。同时，将x轴设置在底板采动破坏带与保护带的界面位置，并朝向工作面运动的同一方向，分析底板保护带岩性对工作面开采断层突水的影响。同时，考虑到梯形微分单元的形状，z轴设置在假定破裂面的界面位置，并向下和垂直于底板地层。原点o是x轴和y轴的交点；
[0017]步骤3、根据岩体的极限平衡理论，确定了厚度为dz的梯形微分单元的受力分析；
[0018]保护区地层的应力σ
1i
和剪切强度τ
1i
影响微元体的左端面，垂直应力σ
z
、dw和增量σz+dσz影响上下表面，断层面的抗剪强度τ
2i
和法向应力σ
2i
影响右端面。沿x和z方向具有厚度dz的双向梯形微分单元满足如下公式
[0019]σ
1i
·
dz+τ
1i
·
cotθ1·
dz＝σ
2i
·
dz+τ
2i
·
cotβ1·
dzσ
1i
·
cotθ1·
dz+σ
2i
·
cotβ1·
dz+dσ
z
[L
‑
h(cotθ+cotβ)
‑
z(cotθ1+cotβ1)
‑
dz(cotθ1+cotβ1)]＝τ
1i
·
dz+τ
2i
·
dz+σ
z
·
cotθ1·
dz+σ
z
·
cotβ1·
dz+γ1·
[L
‑
h
·
(cotθ+cotβ)
‑
z
·
(cotθ1+cotβ1)]·
dz
ꢀꢀꢀ
(1)
[0020]步骤4、根据岩体极限平衡理论，在断层活化和突水的过程中，梯形微分单元会沿断层面剪切向上滑动，在这一过程中，梯形微分单元的左端面将受到保护区地层的水平应力σ
1i
和抗剪强度τ
1i
的影响，梯形微分单元带的右端斜面将受到断层面的法向应力σ
2i
和剪切强度τ
2i
的影响，根据莫尔
‑
库仑屈服准则，保护区地层的抗剪强度τ
1i
、抗剪强度σ
1i
和断层面的抗剪强度τ
2i
、抗剪强度σ
2i
分别满足
[0021][0022][0023]根据莫尔
‑
库仑屈服准则，岩体破坏的极限平衡条件为
[0024][0025]上面(2)(3)(4)式分别利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统，其特征在于，包括如下模块：菜单栏模块，其包括“开始”、“帮助”按钮，通过点击“开始”按钮可进行导入与导出数据的操作，点击“帮助”按钮，可显示软件相关信息；参数取值模块，其用于显示以及更改用户导入的数据；范围取值模块，其用于用户输入如下参数，层数、破裂面与水平夹角θ1、断层面与水平面夹角β、采空区长度、破坏带高度；显示模块，用于显示所绘制的i层下临界水压与破裂角θ1的关系图；具体地，通过所述参数取值模块以及范围取值模块获取参数；后台系统，其用于接收参数取值模块、范围取值模块以及显示模块的数据，能够将前端数据进行计算操作，并且绘制i层下临界水压与破裂角θ1的关系图，最终通过反输于前端界面中的显示模块；按钮操作模块，其包括“计算”、“保存”、“修改”、“退出”、“图窗”按钮，用户可通过操作该模块中的按钮实现不同的操作。2.如权利要求1所述的基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统，其特征在于，所述参数取值模块中的数据包括但不限于：各隔水层厚度h
i
、各土层内摩擦角断裂面各层内粘聚力C
1i
、破裂面各层内摩擦角断层面各层内粘聚力C
2i
、断层面各层内摩擦角以及各土层重度γ
i
。3.如权利要求1所述的基于Matlab的非均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统，其特征在于，数据保持至excel文件中进行导入。4.如权利要求1
‑
3任一所述的均匀性层状结构底板突水临界水压计算系统的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立了承压含水层上方工作面开采断层突水的力学模型，且该力学模型重点研究采场底板岩层在采场工作面发生断层时所能承受的极限水压及其影响因素和敏感性，模型中，假定隔水层保护带共有i层，L是工作面后面的悬空采空区范围，第i层厚度为h
i
，重度为γ
i
，内摩擦角为内粘聚力为C
1i
，第i层岩层假定破裂面与水平面夹角为θi，断层面侧内粘聚力为C
2i
，内摩擦角为步骤2、建立矩形坐标系，且该矩形坐标系中的坐标轴设置在工作面后悬空采空区的边界位置。同时，将x轴设置在底板采动破坏带与保护带的界面位置，并朝向工作面运动的同一方向，分析底板保护带岩性对工作面开采断层突水的影响。同时，考虑到梯形微分单元的形状，z轴设置在假定破裂面的界面位置，并向下和垂直于底板地层。原点o是x轴和y轴的交点；步骤3、根据岩体的极限平衡理论，确定了厚度为dz的梯形微分单元的受力分析；保护区地层的应力σ
1i
和剪切强度τ
1i
影响微元体的左端面，垂直应力σz、dw和增量σz+dσz影响上下表面，断层面的抗剪强度τ
2i
和法向应力σ
2i
影响右端面。沿x和z方向具有厚度dz的双向梯形微分单元满足如下公式σ
1i
·
dz+τ
1i
·
cotθ1·
dz＝σ
2i
·
dz+τ
2i
·
cotβ1·
dzσ
1i
·
cotθ1·
dz+σ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天皓，鲁海峰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：