一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法技术

本发明专利技术提出一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据；判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层，确定的拐点偏距计算模型；根据获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据采用拐点偏距计算模型，计算倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3。本发明专利技术通过分析，得出影响拐点偏距的主要因素为覆岩抗压强度、采动程度、煤层倾角、采深和松散层厚度。发现当覆岩中存在大于10m厚层坚硬岩层时造成拐点偏距计算误差较大，建立针对覆岩无大于10m厚层坚硬岩层的拐点偏距计算方法，本发明专利技术提供了两种拐点偏距计算模型，针对不同地质、采矿条件可以选择合适的计算模型。

【技术实现步骤摘要】
一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法
本专利技术属于矿业工程和矿山安全
，具体涉及一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法。
技术介绍
井工开采后必然会造成地表沉陷，地表沉陷范围和沉陷量是造成地表建筑物和构筑物损坏的根本原因，而拐点偏距是反映地表沉陷范围和计算地表沉陷量的一个主要因素。以往对拐点偏距的研究方法和计算方法主要有数值模拟法、现场实测法和工程类别法等。各个方法都存在其弊端，数值模拟主要是将复杂的地质条件理论化和简单化，所以数值模拟法的精度差；现场实测法的获取难度大，而且周期较长；工程类比法的前提是地质条件和采矿条件相同或相似，有时会出现无工程实例类比的现象。影响拐点偏距的因素也很多，以往对拐点偏距的研究主要集中在单因素对拐点偏距的影响，但其实影响拐点偏距的因素之间也是相互影响，这种相互影响错综复杂，而且相辅相成。本专利技术专利是建立多因素对拐点偏距影响的计算方法，该计算方法的实用性强，计算方法简单，参数获取方便。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法。一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，包括以下步骤：步骤1：获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据；所述拐点偏距影响因素包括：煤层倾角x1、上边界采深x2、下边界采深x3、平均采深x4、走向采动程度x5、倾向采动程度x6、松散层厚度x7、覆岩抗压强度x8和采高x9；步骤2：判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层，若是，则采用覆岩有厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型，否则，采用覆岩无厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型；步骤3：根据获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据采用步骤2中确定的拐点偏距计算模型，计算倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3。所述判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层的判断依据为：覆岩中有大于10m的坚硬岩层即有厚层坚硬岩层。所述覆岩有厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型具体为：所述倾向下边界拐点偏距S1的计算公式如下所示：S1＝0.8495x1-0.0200x3+5.6135x6+0.0502x7-0.1451x8-15.3131；所述倾向上边界拐点偏距S2的计算公式如下所示：S2＝0.8287x1-0.0010x2+9.3805x6+0.0691x7-0.3306x8-14.1368；所述走向边界拐点偏距S3的计算公式如下所示：S3＝-0.0308x4+0.0542x7-0.1667x8+2.4587。所述覆岩无厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型具体为：所述倾向下边界拐点偏距S1的计算公式如下所示：S1＝0.6609x1-0.0327x3+0.2677x6+0.1082x7-0.6192x8+11.7849；所述倾向上边界拐点偏距S2的计算公式如下所示：S2＝0.7344x1-0.0036x2+5.6041x6+0.0685x7-0.7066x8+7.1965；所述走向边界拐点偏距S3的计算公式如下所示：S3＝-0.0141x4+0.0490x7-0.1724x8+1.0762。本专利技术的有益效果：本专利技术提出一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，采用多元线性回归的方法深入研究了地质、采矿条件对拐点偏距的影响，并建立了拐点偏距的计算方法。通过分析，得出影响拐点偏距的主要因素为覆岩抗压强度、采动程度、煤层倾角、采深和松散层厚度。发现当覆岩中存在大于10m厚层坚硬岩层时造成拐点偏距计算误差较大，建立针对覆岩无大于10m厚层坚硬岩层的拐点偏距计算方法，提高了无大于10m厚层坚硬岩层时的拐点偏距计算方法的精度和稳定性。本专利技术提供了两种拐点偏距计算模型，针对不同地质、采矿条件可以选择合适的计算模型。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式加以详细的说明。井工开采地表沉陷参数拐点偏距是指下沉盆地主断面上，下沉值为0.5倍最大下沉值、且倾斜值最大和曲率为零的特征点(拐点)在煤层上的垂直投影与采空区煤璧之间的距离。投影点位于采空区侧时拐点偏距为正值，位于煤壁侧时拐点偏距取负值。拐点偏距分为倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3。一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据。所述拐点偏距影响因素包括：煤层倾角x1、上边界采深x2、下边界采深x3、平均采深x4、走向采动程度x5、倾向采动程度x6、松散层厚度x7、覆岩抗压强度x8和采高x9。本实施方式中，为了分析各地质、采矿条件对拐点偏距的影响和推导拐点偏距计算模型，收集到全国六个省区39组实测数据(表1)。表1拐点偏距实测值及影响因素实测数据所述有厚层坚硬岩层的判断依据为：覆岩中存在大于10m厚层坚硬岩层即有厚层坚硬岩层。从表1中的数据可以看出：在走向采动方向上，除第29组数据外，其它38组数据都达到了充分采动(采动程度大于1为充分采动)，而倾斜方向上仅11组数据达到了充分采动；39组数据中有17组数据是有大于10m的坚硬岩层，其它22组数据上覆岩层中无厚坚硬岩层。在工程和实验中常常采用多元线性回归分析的方法分析大量数据间相互关系。前述各影响因素不仅对拐点偏距产生影响，而且各因素之间也相互影响，这种相互影响最终还要影响到拐点偏距。因此，多元线性回归恰好是反映这种关系的一种量化方法。拐点偏距Sy(y＝1，2，3)与各个影响因素x1，x2，…，xm之间存在着线性关系，对于n组的统计数据Syt与xt1，xt2，…，xtm，(t＝1，2，…，n)之间满足公式(1)所示：回归模型的矩阵形式如式(2)所示：其中，Syt是拐点偏距构成的向量，ε是不可观测的随机向量，C是已知影响因素构成的矩阵，β，σ2是未知参数，并且n＞m，rank(C)＝m+1。相关性检验是判断某个影响因素是否对拐点偏距的值产生影响，即是判断是否有某个系数向量βi为0，若βi为0说明该影响因素对拐点偏距是没有影响的，应从模型中剔除，即检验以下假设：H0(i)：βi＝0(i＝1，2，…，m)。pi表示去掉某个影响因素xi后回归平方和减少的数值，计算公式如式(3)所示：pi＝βi2/lii(i＝1，2，…，m)(3)其中，lii为L-1的第i个对角元素，是中心化的数据阵，是的转置矩阵。检验统计量Fi的计算公式如式(4)所示：其中，Q为残差平方和。给定显著性水平值α为0.05，若检验统计量Fi＜α，则否定H0，即认为影响因素xi对拐点偏距的作用是不显著的，否则xi对拐点偏距的影响是显著的。以表1中的39组数据为分析样本，依次以倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3为因变量代入到多元线性回归模型。计算出不同因变量对应各自变量的系数向量βi和检验统计量Fi，如表2所示。表2回归分析系数向量βi和检验统计量Fi从表2中可以看出，相对于倾向下边界拐点偏距S1，上边界采深x2、平均采深x4、走向采动程度x5和采高x9的检验统计量F值均小于0.05，说明对倾向下边界拐点偏距S1不产生影响，对其产生影响的因素为煤层倾角x1、下边界采深x3、倾向采动程度x6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据；所述拐点偏距影响因素包括：煤层倾角x1、上边界采深x2、下边界采深x3、平均采深x4、走向采动程度x5、倾向采动程度x6、松散层厚度x7、覆岩抗压强度x8和采高x9；步骤2：判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层，若是，则采用覆岩有厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型，否则，采用覆岩无厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型；步骤3：根据获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据采用步骤2中确定的拐点偏距计算模型，计算倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3。

【技术特征摘要】
1.一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据；所述拐点偏距影响因素包括：煤层倾角x1、上边界采深x2、下边界采深x3、平均采深x4、走向采动程度x5、倾向采动程度x6、松散层厚度x7、覆岩抗压强度x8和采高x9；步骤2：判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层，若是，则采用覆岩有厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型，否则，采用覆岩无厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型；步骤3：根据获取井工开采现场拐点偏距影响因素数据采用步骤2中确定的拐点偏距计算模型，计算倾向下边界拐点偏距S1、倾向上边界拐点偏距S2和走向边界拐点偏距S3。2.根据权利要求1所述的井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，其特征在于，所述判断当前覆岩是否有厚层坚硬岩层的判断依据为：覆岩中有大于10m的坚硬岩层即有厚层坚硬岩层。3.根据权利要求1所述的井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法，其特征在于，所述覆岩有厚层坚硬岩层条件下的拐点偏距计算模型具体为：所述倾向下边界拐点偏距S1的计算公式如下所示：S1＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪岩，尹尚先，李勇军，王海东，李雪冰，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北,13