厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法技术

本发明专利技术公开厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，包括如下步骤：(1)根据实测资料分析，确定研究区在基岩达到充分采动时采宽与基岩厚度之比；(2)以临界宽基比kLj0作为分段拟合的分界点，分两段进行波兹曼函数拟合；(3)第一段，宽基比kLj≤kLj0，基岩非充分采动，以综合宽深比kL作为自变量；(4)第二段，宽基比kLj>kLj0，基岩超充分采动，以松散层失水厚度hss与采厚M之比hss/M作为自变量；(5)在基岩临界宽基比处进行步骤(3)和步骤(4)中两函数的迭合，得到地表下沉率的交迭双波兹曼拟合函数和拟合曲线。本项发明专利技术为多因素复杂影响的开采沉陷问题提供了新的描述方法。

【技术实现步骤摘要】
厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法
本专利技术涉及煤矿开采
更具体地，涉及厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法。
技术介绍
开采沉陷与10多个地质采矿变化因素有关，问题复杂，研究繁难。开采沉陷与地质采矿条件的关系描述还存在一些问题：1)岩层破坏状况的描述与地表移动规律脱节，地表移动连续盆地与地表裂缝台阶的描述脱节；2)岩层移动“三带”描述了变形程度的分区特性，有些条件按“三带”描述却不完整不贴切；3)开采的充分性是对地表受横向采动程度的描述，较少研究开采的充分性与岩层移动状况的关系，较少研究竖向采动程度，以及竖向、横向采动程度的交互作用对岩层和地表的影响。地表下沉率与下沉系数均是描述地表最大下沉值的参数，但两者描述的范畴有较大差别。在一定的地质条件下，地表最大下沉值随着开采充分性的变化而变化，对于缓倾斜、中倾斜煤层，可用下式表示，地表最大下沉值Wmax和地表下沉率η均是变化量。Wmax＝ηMcosα，η＝Wmax/Mcosα当地表达到临界充分和超充分开采时，采动地表达到一个不再随开采充分性变化的临界最大下沉值W0和下沉系数q：W0＝qMcosα，q＝W0/Mcosα式中：Wmax为地表最大下沉值；M为采厚；α为煤层倾角。下沉系数q是描述不同地质采矿条件下采充分时，单位采厚的地表沉陷量。下沉率η是描述相似地质采矿条件下不同开采充分性时，单位采厚的地表沉陷量。两者的关系为：下沉系数是充分开采时下沉率的极大值。地表临界最大下沉值是充分开采时地表最大下沉值的极大值。常用的下沉系数的求取方法为用采动程度系数来：式中：n1，n3分别为倾向和走向的采动程度系数，若其值大于1，则取1。式中：K1，K3分别取0.8；D1，D3分别为倾向和走向的长度；H0为平均采深。以上下沉系数的求取方法和描述的下沉系数与下沉率的关系式，是密函数关系，这反映了一种增长关系，但与实际的下沉率变化有一定偏差，特别是厚松散层条件下偏差很大。对于岩土双介质条件，基岩的采动充分性、地表的采动充分性涉及多种因素，影响关系复杂，下沉率的影响因素较多。实际煤层开采中，急需有理论指导或预测厚松散层条件下煤层开采的地表下沉率，这样可以在开采前以及开采中对开采沉陷进行预判，确保安全生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，能够在煤层开采前和开采中预判厚松散层条件下煤层开采的地表下沉率。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，包括如下步骤：(1)根据实测资料分析，确定研究区在基岩达到充分采动时采宽与基岩厚度之比，即确定研究区在基岩达到充分采动时的临界宽基比kLj0；(2)以临界宽基比kLj0作为分段拟合的分界点，分两段进行波兹曼函数拟合；(3)第一段，宽基比kLj≤kLj0，基岩非充分采动，以综合宽深比kL作为自变量，采用的波兹曼函数及参数为：η1(kL)＝BZM(kL；0,q1,A31,A41)，其中通过符合本段条件的实测数据求取参数q1,A31,A41；kL＝L/Hz，Hz＝Hj+ks×h，L为工作面采宽，Hj为基岩厚度，h为松散层厚度，ks为松散层折减系数，ks在0.1～0.6之间取值；η1为基岩非充分采动时的地表下沉率；(4)第二段，宽基比kLj>kLj0，基岩充分和超充分采动，以松散层失水厚度hss与采厚M之比hss/M作为自变量，采用的波兹曼函数及参数为：η2(hss/M)＝BZM(hss/M；q1,q2,A32,A42)，通过符合本段条件的实测数据求取参数q2,A32,A42；η2为基岩充分或超充分采动时的地表下沉率；(5)在基岩临界宽基比处进行步骤(3)和步骤(4)中两函数的迭合，得到地表下沉率的交迭双波兹曼拟合函数和拟合曲线(如图6所示)：并得到不失水时的下沉系数q1和失水情况的下沉系数q2。上述厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，在步骤(1)中：kLj0的取值为：基岩为软岩时kLj0＝0.8～1.2，kLj0的取值范围包括下端点、但不包括上端点；基岩为中硬岩时kLj0＝1.2～1.6，，kLj0的取值范围包括下端点、但不包括上端点；基岩为坚硬岩时kLj0＝1.6～2.0，kLj0的取值范围包括下端点和上端点。上述厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，基岩上方覆盖的厚松散层是指松散层厚度大于200米或者松散层与基岩岩层厚度之比大于或等于1:1。上述厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，软岩是指综合硬度系数为：f<3，中硬岩是指综合硬度系数为：3≤f<8，坚硬岩是指综合硬度系数为：f>8。本专利技术的有益效果如下：缓倾斜、中倾斜煤层开采地表下沉率η是不同开采状况下地表最大下沉值与竖向采厚的比值，而下沉系数是地表充分采动时的下沉率。地表下沉率η受到多种地质采矿因素的综合影响，影响方式复杂多变。在厚松散层条件下，地表下沉率还受松散层富水性、失水厚度等因素影响，呈现变主因素的多重变化的特点。本专利技术描述了厚松散层条件、不同采动状况地表下沉率的变化规律，反映了岩土双介质体影响下的采动平衡结构动态变化引起的地表最大下沉量的变化，拟合函数可用于不同开采状况地表最大下沉值的计算以及煤层开采之前和开采中地表下沉率的预判，确保安全生产及保护地面构筑物。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1潘谢矿区地表水体分布图；图2淮南煤田新生界含、隔水层(组)分布示意图；图3基岩非充分开采时地表下沉率与综合宽深比的拟合曲线；图4基岩充分开采时地表下沉率与综合宽深比的拟合曲线；图5潘谢矿区下沉率双波兹曼函数全程拟合曲线；图6地表下沉率双波兹曼函数全程拟合曲线。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。潘谢矿区从西到东，生产矿井有:谢桥矿、张集矿、顾桥矿、顾北矿、丁集矿、潘三矿、潘北矿、朱集矿、潘一矿、潘二矿。地表水体分布如图1所示，淮河、西淝河、凤新河、黑河、泥河交汇于此，花家湖、瓦埠湖。图2所示为淮南矿区新生界含水层隔水层的分布图。地下水属松散岩类孔隙水，赋存于第三系及第四系松散沉积物中，按照含水层埋藏条件，由上至下可分为上部、中部、下部三个含水组：(1)上部含水层考虑到淮南市区目前开发地下水的具体情况和本地区地层分布的特点，这里所谈的浅层含水层(组)，是指埋深在30～40m以内的含水层(组)，为第四系沉积物。该含水层(组)的分布，与现代河流方向大体一致。但在淮河以南的山前斜地，砂层缺失，水位埋深一般为1～3m，地下水类型属潜水～承压水。(2)中部含水层该含水层是指埋深在30～130m范围内的含水层，它主要由中下更新统(Q1+Q2)地层组成，广泛分布于沿淮及淮河以北的平原区，根据埋深，可分为中部含水层上段和中部含水层下段。一般砂层的厚度大，层位比较稳定，但其富水性因地区而异。如潘集矿区富水胜较强的地区，含水砂层的平均厚度在30m以上，水位埋深2.0～4.5m，本文档来自技高网...

【技术保护点】
厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据实测资料分析，确定研究区在基岩达到充分采动时采宽与基岩厚度之比，即确定研究区在基岩达到充分采动时的临界宽基比kLj0；(2)以临界宽基比kLj0作为分段拟合的分界点，分两段进行波兹曼函数拟合；(3)第一段，宽基比kLj≤kLj0，基岩非充分采动，以综合宽深比kL作为自变量，采用的波兹曼函数及参数为：η1(kL)＝BZM(kL；0,q1,A31,A41)，其中

【技术特征摘要】
1.厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据实测资料分析，确定研究区在基岩达到充分采动时采宽与基岩厚度之比，即确定研究区在基岩达到充分采动时的临界宽基比kLj0；(2)以临界宽基比kLj0作为分段拟合的分界点，分两段进行波兹曼函数拟合；(3)第一段，宽基比kLj≤kLj0，基岩非充分采动，以综合宽深比kL作为自变量，采用的波兹曼函数及参数为：η1(kL)＝BZM(kL；0,q1,A31,A41)，其中通过符合本段条件的实测数据求取参数q1,A31,A41；kL＝L/Hz，Hz＝Hj+ks×h，L为工作面采宽，Hj为基岩厚度，h为松散层厚度，ks为松散层折减系数，ks在0.1～0.6之间取值；η1为基岩非充分采动时的地表下沉率；(4)第二段，宽基比kLj>kLj0，基岩充分和超充分采动，以松散层失水厚度hss与采厚M之比hss/M作为自变量，采用的波兹曼函数及参数为：η2(hss/M)＝BZM(hss/M；q1,q2,A32,A42)，通过符合本段条件的实测数据求取参数q2,A32,A42；η2为基岩充分或超充分采动时的地...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴华阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11