CN113033047A - 煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿产能源及深部岩土工程生产技术领域，公开了一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用，通过获取深部煤炭生产过程的数据构建精细化地质模型；同时确定煤岩物理力学属性参数以及实测点的地应力大小及方位，构建有限元数值模型、煤炭矿井地应力最优化反演模型，确定最优边界约束和边界荷载施，进行正向计算分析，得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。本发明能够在各种性质迥异、结构复杂的煤系地层赋存特点和自然地质构造及人为工程影响的前提下，较为准确地确定矿井地应力场分析模型的边界条件，分析整个矿井区域内三维地应力的分布规律。

Description

煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用

技术领域

本发明属于矿产能源及深部岩土工程生产技术领域，尤其涉及一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用。

背景技术

目前，中国95％以上的煤炭资源是通过井工开采的，每年在井下新掘的煤岩巷道长度超过10,000km。随着开采深度的增加,地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂，开巷前围岩处于高地应力状态，而且构造应力场复杂；开巷后围岩中出现很高的集中应力和偏应力，引起围岩变形特征发生显著变化，表现出明显的软岩特性，深部工程灾害日益严重。而地应力是地质岩体受工程扰动前存在于地壳中的初始应力，是引起矿山井巷围岩变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析以及实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。因此，深部矿井地应力测试分析及三维地应力场数值模拟变得尤为重要，十分有必要在地应力原位测量的基础上，利用先进的数学、力学及计算机科学深入开展地应力场的预测分析工作并进行误差估算，掌握深部矿井地应力分布特征及变化规律，为研究巷道变形破坏机理、采场覆岩移动规律及其它工程活动提供原始数据资料。

虽然，近年来国内外许多学者对地应力原位测试基本原理、应变计结构特征、具体应用方法论述较为充分，为地应力的原位测量奠定了坚实基础。但目前对于矿井地应力的了解仍主要依靠现场少有的几个原位实测信息，由于地应力原位测量仅针对一些离散点进行，测量数据有限、针对性强，不能从场的角度进行研究，无法给出普遍意义上的分布规律。此外，由于岩体介质本身具有复杂性而且包含了许多随机性、模糊性和不确定性因素，致使深部煤炭矿井地应力分布规律依然不清晰，仍是当今世界采矿及地下岩体工程中的一项重要而极其复杂的技术问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法结果不明确，且难以对应力场边界载荷进行反演。

解决以上问题及缺陷的难度为：由于地下岩体在漫长沉积演化过程中，受到各种地质作用的影响，导致煤炭矿井煤系地层呈现出受多种节理裂隙切割的非均质、非连续、各向异性的复杂介质，地应力分布特征和变化规律十分复杂。此外，地下岩体工程与地面结构工程最大的区别就是研究对象边界范围不明确，地应力在采掘工程之前就已存在，导致荷载作用方式及大小均不容易确定，加之煤炭矿井地应力场受到多次采掘影响，其大小和方向均可能发生很大改变，进一步增加了矿井地应力场研究的难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：因此，十分有必要综合利用现场调研、原位测试、室内试验、计算及数值模拟等多技术手段，挖掘煤炭矿井现场勘探、资源评价、建井、生产等过程的数据资料，充分借助现代数学、力学、计算机等知识建立基于多目标约束技术的矿井地应力场优化反分析模型，获得煤炭矿井地应力分布特征及其变化规律，查明地应力变随深度、构造位置、断裂及采掘工程等的变化规律，对确定采场合理部署方案、巷道断面形状、支护方式、结构及其参数选择是非常必要的，同时还能为今后的科学研究和合理高效回采提供有效基础数据和理论依据。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用。

本发明是这样实现的，一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法包括：

步骤一，获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；其积极作用是构建符合煤炭矿井实际煤系地层结构特征和采掘工程分布信息的精细化地质模型

步骤二，利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；其积极作用是确保前述地质模型中的物理力学属性符合工程地质实际情况，保证后续有限元计算结果的准确性

步骤三，确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将步骤一构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤二中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；其积极作用是根据有限元模型思想，将非均质、非连续、各向异性的复杂介质细分成能够利用理论公式计算的微小单元集合体，且能够适应现有计算软硬件条件。

步骤四，基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；本步骤的积极作用是充分考虑地质运动和地质作用的影响，区分对待不同位置或区域的边界条件，使数值计算结果更为准确。

步骤五，利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；本步骤是该发明专利的核心，其积极作用是利用前述精细化模型和已经测量得到的离散点地应力大小和方向，通过多次方法的计算分析自动获得能够最佳拟合实测数据的地应力模型约束形式和边界荷载。

步骤六，将得到的最优边界约束和边界荷载施加到步骤三的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。该步骤的有益作用是利用计算机数值分析获得煤炭矿井任意位置的三向地应力大小、倾角和方位数据，通过不同位置地应力信息对比分析即可获得其受深度、构造、采动等因素的影响规律，进而为矿井设计、施工与安全生产提供重要保障。

进一步，步骤三中，所述确定矿井部分实测点的地应力大小及方位包括：利用空心包体应力计法、水压致裂法、岩心声发射和古地磁定向法或其他方法确定研究矿井部分实测点的地应力大小及方位。

进一步，步骤四中，所述进行边界区分，并进行有限元正向计算分析包括：区分主动力边界和被动力边界，并将主动力边界取为荷载边界，被动力边界取为约束边界；同时在模型表面和四周施加一组初始荷载，进行有限元正向计算分析。

进一步，步骤五中，所述确定最优边界约束和边界荷载包括：将确定的实测点地应力大小和方位为约束条件，利用最优化算法不断调整边界条件及荷载进行反复运算，直至确定得到可最优拟合实测地应力信息的边界约束与边界荷载。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将步骤一构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤二中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；

利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；

将得到的最优边界约束和边界荷载施加到步骤三的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将步骤一构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤二中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；

利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；

将得到的最优边界约束和边界荷载施加到步骤三的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施如所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法的煤炭矿井三维地应力场优化反演系统，所述煤炭矿井三维地应力场优化反演系统包括：

多源数据采集模块，用于获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息；

地质模型构建模块，用于基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

参数确定模块，用于利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

地应力数据确定模块，用于确定矿井部分实测点的地应力大小及方位；

有限元数值模型构建模块，用于将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤二中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

边界区分模块，用于基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分；

有限元正向分析模块，用于进行有限元正向计算分析；

目标函数确定模块，用于利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数；

计算模块，用于基于目标函数以及约束条件确定最优边界约束和边界荷载；

反演模块，用于将三维地应力数据体进行分析处理，得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

本发明的另一目的在于提供一种深部矿井地应力测试终端，所述深部矿井地应力测试终端用于实现所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法。

本发明的另一目的在于提供一种所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法在矿井生产建设中的用途。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供了一种基于多源信息融合共建模型的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，能够在充分考虑各种性质迥异、结构复杂的煤系地层赋存特点和自然地质构造及人为工程影响的前提下，较为准确地确定矿井地应力场分析模型的边界条件，进而研究分析整个矿井区域内三维地应力的分布规律。

本发明针对日益重要的煤炭矿井地应力分布规律的研究中存在的明显不足，综合利用固体力学、最优化分析技术、应力反演等理论知识，建立了基于多目标约束技术的矿井三维地应力场优化反分析方法，并选用大型有限元分析软件作为求解器，构建了三维数值模拟分析模型，直接以关键测点处应力实测资料为约束条件，开展矿井地应力场的最优化反分析，较好地解决了应力场边界载荷的反演难题，获得了研究矿井地应力边界条件；在此基础上，数值分析矿井不同区域、不同深度的地应力分布规律及其主要影响因素。研究结果对深部矿井地应力测试及其在矿井生产建设中的应用具有重要指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法原理图。

图2是本发明实施例提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法流程图。

图3是本发明实施例提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演系统结构示意图；

图中：1、多源数据采集模块；2、地质模型构建模块；3、参数确定模块；4、地应力数据确定模块；5、有限元数值模型构建模块；6、边界区分模块；7、有限元正向分析模块；8、目标函数确定模块；9、计算模块；10、反演模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法、系统、介质及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图2所示，本发明实施例提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法包括以下步骤：

S101，获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

S102，利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；利用空心包体应力计法、水压致裂法、岩心声发射和古地磁定向法或其他方法确定研究矿井部分实测点的地应力大小及方位；

S103，将步骤S101构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤S102中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

S104，基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，区分主动力边界和被动力边界，并将主动力边界取为荷载边界，被动力边界取为约束边界；同时在模型表面和四周施加一组初始荷载，进行有限元正向计算分析；

S105，利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，将确定的实测点地应力大小和方位为约束条件，利用最优化算法不断调整边界条件及荷载进行反复运算，确定最优边界约束和边界荷载；

S106，将得到的最优边界约束和边界荷载施加到步骤S103的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

本发明提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法仅仅是一个具体实施例而已。

如图3所示，本发明实施例提供的煤炭矿井三维地应力场优化反演系统包括：

多源数据采集模块1，用于获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息；

地质模型构建模块2，用于基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

参数确定模块3，用于利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

地应力数据确定模块4，用于确定矿井部分实测点的地应力大小及方位；

有限元数值模型构建模块5，用于将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予步骤二中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

边界区分模块6，用于基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分；

有限元正向分析模块7，用于进行有限元正向计算分析；

目标函数确定模块8，用于利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数；

计算模块9，用于基于目标函数以及约束条件确定最优边界约束和边界荷载；

反演模块10，用于将三维地应力数据体进行分析处理，得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施要点可分为如下八步：

第1步，充分利用深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采等过程中采集得到的大量多源数据信息构建精细化地质模型；

第2步，利用室内试验、现场原位观测、数理统计等技术手段确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

第3步，利用空心包体应力计法、水压致裂法、岩心声发射和古地磁定向法等技术确定研究矿井某些实测点的地应力大小及方位，并将其作为后续地应力场有限元分析的约束条件；

第4步，将前述精细化地质模型导入有限元计算分析软件，进行有限元网格剖分，并将该模型中不同煤系地层赋予第2步中的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

第5步，在考虑区域构造运动规律的基础上，根据研究区块构造应力的来源，区分主动力边界和被动力边界，并将主动力边界取为荷载边界，被动力边界取为约束边界，以确保模型不发生刚体运动，并在模型表面和四周施加一组初始荷载，进行有限元正向计算分析；

第6步，利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型，即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，并以第3步中的实测点地应力大小和方位为约束条件，由计算软件利用最优化算法不断调整边界条件及荷载进行反复试算，直至寻找得到能够最优拟合实测地应力信息的边界约束与边界荷载。

第7步，将第5步得到的最优边界约束和边界荷载施加到第4步所属的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；

第8步，将前述三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

该方法实施要点可分为如下八步：

第1步，充分利用深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采等过程中采集得到的大量多源数据信息构建精细化地质模型；

第2步，利用室内试验、现场原位观测、数理统计等技术手段确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

第3步，利用空心包体应力计法、水压致裂法、岩心声发射和古地磁定向法等技术确定研究矿井某些实测点的地应力大小及方位，并将其作为后续地应力场有限元分析的约束条件；

第4步，将前述精细化地质模型导入有限元计算分析软件，进行有限元网格剖分，并将该模型中不同煤系地层赋予第2步中的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

第5步，在考虑区域构造运动规律的基础上，根据研究区块构造应力的来源，区分主动力边界和被动力边界，并将主动力边界取为荷载边界，被动力边界取为约束边界，以确保模型不发生刚体运动，并在模型表面和四周施加一组初始荷载，进行有限元正向计算分析；

第6步，利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型，即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，并以第3步中的实测点地应力大小和方位为约束条件，由计算软件利用最优化算法不断调整边界条件及荷载进行反复试算，直至寻找得到能够最优拟合实测地应力信息的边界约束与边界荷载。

第7步，将第5步得到的最优边界约束和边界荷载施加到第4步所属的有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；

第8步，将前述三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，其特征在于，所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法包括：

获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；

利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；

将得到的最优边界约束和边界荷载施加到有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，得到矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

2.如权利要求1所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，其特征在于，所述确定矿井部分实测点的地应力大小及方位包括：利用空心包体应力计法、水压致裂法、岩心声发射和古地磁定向法或其他方法确定研究矿井部分实测点的地应力大小及方位。

3.如权利要求1所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，其特征在于，所述进行边界区分，并进行有限元正向计算分析包括：区分主动力边界和被动力边界，并将主动力边界取为荷载边界，被动力边界取为约束边界；同时在模型表面和四周施加一组初始荷载，进行有限元正向计算分析。

4.如权利要求1所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法，其特征在于，所述确定最优边界约束和边界荷载包括：将确定的实测点地应力大小和方位为约束条件，利用最优化算法不断调整边界条件及荷载进行反复运算，直至确定得到可最优拟合实测地应力信息的边界约束与边界荷载。

5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予中确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；

利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；

将得到的最优边界约束和边界荷载施加到有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

6.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息，并基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

确定矿井部分实测点的地应力大小及方位，将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分，并进行有限元正向计算分析；

利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数，确定最优边界约束和边界荷载；

将得到的最优边界约束和边界荷载施加到有限元数值分析模型，并进行正向计算分析，即可得到煤炭矿井三维地应力场数据体；将三维地应力数据体进行分析处理，即可得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

7.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1～4任意一项所述的煤炭矿井三维地应力场优化反演方法。

8.一种实施如权利要求1-4任意一项所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法的煤炭矿井三维地应力场优化反演系统，其特征在于，所述煤炭矿井三维地应力场优化反演系统包括：

多源数据采集模块，用于获取深部煤炭生产企业在矿井勘探、开拓准备、巷道掘进与维护、通防钻孔、工作面回采及相应过程中采集得到的大量多源数据信息；

地质模型构建模块，用于基于获取的多源数据信息构建精细化地质模型；

参数确定模块，用于利用室内试验、现场原位观测、数理统计及其他方法确定不同层位、不同岩性的煤岩物理力学属性参数；

地应力数据确定模块，用于确定矿井部分实测点的地应力大小及方位；

有限元数值模型构建模块，用于将构建的精细化地质模型进行有限元网格剖分，并将所述精细化地质模型中不同煤系地层赋予确定的相应物理力学参数，构建有限元数值模型；

边界区分模块，用于基于区域构造运动规律根据研究区块构造应力的来源，进行边界区分；

有限元正向分析模块，用于进行有限元正向计算分析；

目标函数确定模块，用于利用多目标约束的最优化方法构建煤炭矿井地应力最优化反演模型即建立由实测点地应力大小和方位组合而成的目标函数；

计算模块，用于基于目标函数以及约束条件确定最优边界约束和边界荷载；

反演模块，用于将三维地应力数据体进行分析处理，得到研究矿井三维地应力分布特征及其变化规律。

9.一种深部矿井地应力测试终端，其特征在于，所述深部矿井地应力测试终端用于实现权利要求1-4任意一项所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法。

10.一种如权利要求1-4任意一项所述煤炭矿井三维地应力场优化反演方法在矿井生产建设中的用途。

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