基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法，包括以下步骤：步骤一、绝对重力仪观测点的布置及绝对重力仪的架设；步骤二、绝对重力观测值的获取；三、建立空间直角坐标系；四、矿山采空区围岩球体的质心坐标计算；五、矿山采空区围岩球体的质心变化曲线的绘制及稳定变形量的获取。本发明专利技术方法骤简单、设计合理且成本低，使用操作简便，利用重力异常能准确地对矿山采矿区的变形量进行监测，监测结果准确，且根据采矿区的变形量对矿山采矿区的稳定性进行评估，且获取矿山采矿区的稳定变形量，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法
本专利技术属于矿山工程
，尤其是涉及一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法。
技术介绍
矿山采空区即是指地下矿产经过一系列人工开采后所留下的地下层间空洞区域。天然的岩体本来处于自然的应力平衡状态，但是由于矿山的开发、开采工作必然会在岩体内部开挖各式各样的空间，如巷道、采场等，如此必然破坏了矿区地下岩石层的应力平衡而产生次生的应力-应变效应。正是由于这种次生的应力-应变效应，使得矿山采空区的围岩体结构发生变形，甚至应力平衡结构的破坏、移动，直到区域岩石圈构造应力平衡调整至新的平衡为止。上个世纪的国有矿山企业，由于采矿技术与装备的局限，大量使用空场法、崩落法、留矿法等采矿方法，虽然开采过程经过正规设计，采空区资料齐全，但是因为完成填充采空区成本较高，许多矿山也未能及时对所有采空区完成填充，有40％以上的采空区仍然遗留在各个矿山，更遑论我国矿产资源的开采还经历过严重失控的阶段，民采、群采猖獗，矿山采空区丛生。我国的重点煤矿，平均采空塌陷面积约占矿区含煤面积的1/10。目前，据不完全统计，在我国20多个省、自治区内，共发生大规本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、绝对重力仪观测点的布置及绝对重力仪的架设：首先在矩形矿山采空区(2)研究场地中，沿矿山采空区地表面的长度方向间隔设置多个绝对重力仪观测点；其中，多个所述绝对重力仪观测点分别记作绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An，n为绝对重力观测点的数量，所述矿山采空区地表面为矩形矿山采空区平面ABCD；然后，分别在所述绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An处架设绝对重力仪(5)；步骤二、绝对重力观测值的获取：多个所述绝对重力仪(5)按照预先设定的采样时间对步骤...

【技术特征摘要】
1.一种基于重力异常的矿山采空区变形量及稳定性评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、绝对重力仪观测点的布置及绝对重力仪的架设：首先在矩形矿山采空区(2)研究场地中，沿矿山采空区地表面的长度方向间隔设置多个绝对重力仪观测点；其中，多个所述绝对重力仪观测点分别记作绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An，n为绝对重力观测点的数量，所述矿山采空区地表面为矩形矿山采空区平面ABCD；然后，分别在所述绝对重力观测点A1、绝对重力观测点A2、...、绝对重力观测点An处架设绝对重力仪(5)；步骤二、绝对重力观测值的获取：多个所述绝对重力仪(5)按照预先设定的采样时间对步骤一中多个所述重力观测点的绝对重力观测值进行检测，并将检测到的多个绝对重力观测值传输至数据处理器(6)，数据处理器(6)获取各个采样时刻多个绝对重力仪观测点的绝对重力观测值；步骤三、建立空间直角坐标系：以步骤一中所述矩形矿山采空区平面ABCD的顶点A为坐标原点O，过矩形矿山采空区平面ABCD的长边AB的直线为Y轴，过矩形矿山采空区平面ABCD的宽边AD的直线为X轴，过矩形矿山采空区平面ABCD的顶点A且垂直于矩形矿山采空区平面ABCD所在平面的直线为Z轴；其中，所述矩形矿山采空区平面ABCD的顶点C位于由X轴和Y轴构成的平面直角坐标系XOY的第一象限内；步骤四、矿山采空区围岩球体的质心坐标计算：所述数据处理器(6)按照采样时间先后顺序对步骤二中获取的各个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值分别进行处理，获取矿山采空区围岩球体的质心(4)坐标，且对各个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值的处理方法均相同，其中，所述矿山采空区围岩球体(3)为矩形矿山采空区(2)所处围岩体的最小半径球体，对步骤二中任一个采样时刻所采集的多个绝对重力观测值进行处理，过程如下：步骤401、矿山采空区围岩球体的质量计算：采用所述数据处理器(6)根据公式得到矿山采空区围岩球体(3)的质量M，其中，G为万有引力常数，Δg为绝对重力观测值；步骤402、矿山采空区围岩球体的质心的坐标设定：采用与所述数据处理器(6)相接的参数输入模块(7)将矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的横坐标xi、纵坐标yi和竖坐标zi输入所述数据处理器(6)中；其中，横坐标xi>0,纵坐标yi>0,竖坐标zi>0；步骤403、矿山采空区围岩球体的质心的映射：采用所述数据处理器(6)根据公式和将矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)映射到由X轴和Y轴构成的平面直角坐标系XOY的第一象限中，得到投影点P′(xi′,yi′)，则获取矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标P(xi,yi,zi)的横坐标xi和纵坐标yi；其中，xi＝xi′，yi＝yi′；步骤404、矿山采空区围岩球体的引力线的绘制：采用所述数据处理器(6)对步骤二中获取的多个绝对重力观测值分别进行处理，得到矿山采空区围岩球体(3)的多条引力线(1)，则多条所述引力线(1)的交点为矿山采空区围岩球体的质心(4)，并获取矿山采空区围岩球体的质心(4)的坐标，其中，对于多个绝对重力观测值进行处理得到矿山采空区围岩球体(3)的多个引力线(1)的方法均相同，则对任一个绝对重力观测值进行处理得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)，具体包括以下步骤：步骤4041、采用所述数据处理器(1)且根据公式得到绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，其中，表示绝对重力观测点所处的纬度；步骤4042、采用所述数据处理器(1)且根据公式并通过所述参数输入模块(7)输入步骤4041中所述绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系XOZ上的投影与Z轴之间的夹角θxoz,z，其中，r表示矿山采空区围岩球体(3)的表面上任意一点Q(x*，y*，z*)到绝对重力观测点的空间距离，A表示矿山采空区围岩球体(3)的表面上任意一点Q(x*，y*，z*)相对于重力观测点的方位角；步骤4043、采用所述数据处理器(1)且根据公式并通过所述参数输入模块(7)输入步骤4041中所述绝对重力观测点对应的正常重力值γ0，得到矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系YOZ上的投影与Z轴之间的夹角θyoz,z；步骤4044、采用所述参数输入模块(7)将步骤4042中得到的矿山采空区围岩球体(3)的引力线(1)在平面直角坐标系XOZ上的投影与Z轴之间的夹角θxoz,z和步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴啸龙，龚云，汤伏全，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61