煤矿采空区沉降量测算方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿采空区沉降量测算方法，旨在解决当前沉降量测算不准确、且无法区分已经发生沉降和将要发生的沉降的技术问题。该方法主要包括收集区域煤矿地质资料，根据区域地层结构、煤层厚度、煤层埋深及地质特征确定地质标志层；选取有历史勘探资料的代表性点位，统计其处地质标志层层顶、层底的绝对高程；在代表性点位旁边重新施工地质勘探孔，查明采矿后地质标志层层底、层顶绝对高程；利用采矿前标志层层底、层顶绝对高程减去对应采矿后的标志层层底、层顶绝对高程，即可得出该点位已经发生的沉降变形值，由代表性对应层顶和层底分别得出的沉降变形值还可以相互校正。本发明专利技术方法理论简捷、明了，技术方法简单适用，可操作性强，结果准确可靠。结果准确可靠。结果准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
煤矿采空区沉降量测算方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害及地质环境问题防治
，具体涉及一种煤矿采空区沉降量测算方法。

技术介绍

[0002]早在1995年，我国的煤炭产量已超过12亿吨，居世界第一，2020年度全国原煤产量达38.4亿吨。煤炭资源开发利用大多属于地下开采方式，基于煤炭资源的地下开采，势必会形成一定范围的地下煤矿采空区。据行业专家推测，当煤炭产量达到2亿吨时，每年会产生80～100km2的煤矿采空区。各地煤矿资源的地下开采留下了大量的采空区，这些采空区分布范围面积广，区域地质条件不一，而且位于地面以下的埋深及采空空间差异性也较大。而随着时间的推移，这些煤矿采空区会引发地面沉降、地表塌陷、地裂缝等地质灾害及矿山地质环境问题，也对地表建（构）筑物、铁路、公路、河道及地下管道造成了严重的危害。随着我国经济的快速发展，煤炭工业也发展迅速，煤炭采矿空区所引发的环境地质问题更是日趋严重。从长远来看，随着采空区面积的不断扩大，严重制约国土空间规划及城市与乡村建设的发展。因而从根本上解决和治理煤矿采空区问题已经是当前现实和形势的迫切需要。
[0003]其中，采空区沉降量测算是煤矿采空区稳定分析和评价的重要内容，也是确定采空区危害程度的一种定量方法，其可靠性、准确性和可操作性直接关系到采空区稳定性评价的精度和治理质量效果。目前，采空区沉降量计算一般是采用FLAC数值模拟计算方法，即根据采空区塌陷冒落带的力学特征，利用物探、钻探获得的岩体参数，将岩体假定为理想的线弹性介质，计算煤矿等固体资源采空后所产生的沉降量。然而实际情况是，由于地下地质条件复杂，采空塌陷情况又受开采历史、开采方式、支护型式、地下水情况等诸多因素影响，且采空区上覆岩体岩土参数也不易准确获得；因此，理论计算和实际发生的沉降量往往存在较大的出入；另外，这种理论计算沉降量计算的是预计总沉降量，对于即将进行工程建设的煤矿采空区来说，显然没办法区分已经发生沉降量和将要发生的沉降量各是多少。在煤矿采空区稳定性调查与评价中，也常常采用地表沉降观测的方法监测采空区上覆岩土层的沉降，但这种方法只能监测到实施监测措施后煤矿采空区的沉降量，对已经发生的沉降量却没有办法获取，如此，则对指导工程设计与建设的指导性不够准确。
[0004]因此，急需一种能够计算和评价采空区已经发生和即将发生沉降量的技术方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种煤矿采空区沉降量测算方法，以解决当煤矿采空区前沉降量测算不准确、且无法区分已经发生沉降量和将要发生的沉降量的技术问题。
[0006]煤矿采空区在采矿完成后不同时期的沉降量是不同的，发展趋势也不尽相同，即使在沉陷稳定后，由于地下尚存在未充填密实的空间，在某些特定条件（如建设工程附加荷载）和诱发因素下，地面仍然会产生沉降变形和塌陷。在准确获得了采空区已发生沉降值后，就可以准确预测未来还会发生沉降量的范围，预测未来沉降对地面工程建设所带来危
害的程度。
[0007]为此，本专利技术研究充分利用煤矿资源勘查、核查及动态检测的地质钻探资料，对比煤炭开采后采空区的地质钻探资料，以接近地表的某一层或若干层标志地层作为参照物；选取一定数量具有钻探资料的代表性点位，在点位处施工地质勘探孔，通过测算采矿前后采空区标志层的层顶、层底绝对高程的差值，从而获取采空区已发生的沉降量值，并进一步预测将来还会发生的沉降量。具体技术方案如下：设计一种煤矿采空区沉降量测算方法，包括如下步骤：（1）收集煤矿采空区的区域地质资料，明确场地地层结构、煤层深度及煤矿采空区范围，选定煤层上方距离地表最近且有明显地质特征（如地层的颜色、岩性、结构特征、包含物等具有区别上、下地层的明显特点）的地层作为标志层；如果地表条件没有受人为建设活动发生变化时，也可以将地表作为一个标志层的层顶；（2）选取采空区范围内有历史钻探资料的钻孔位置（煤矿普查与勘查、资源储量核查均要施工一定数量的勘探钻孔，钻孔施工都在开采时间之前，即没有塌陷之前）作为代表性点位，根据矿区矿产勘查、资源核查时期的地质钻探资料，统计代表性点位采矿前地质标志层的层顶（地表）、层底的绝对高程；（3）在代表性点位位置重新施工地质勘探钻孔，利用钻探查明目前采空区代表性定位地质标志层目前的层顶（地表）、层底的绝对高程；（4）计算煤矿开采前与目前代表性点位地质标志层的层顶（地表）、层底绝对高程的差值，其差值为代表性点位目前已经发生的沉降值；（5）根据采空区代表性点位地层结构、采煤厚度及岩体特征，利用公式计算出采空区总沉降量：上式中：为地表最大下沉值（单位：mm）；m为煤层厚度（单位：m）；q为下沉系数（可根据上覆地层岩性利用《采空区公路设计与施工技术细则》JTG/T D31
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03
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2011附录中表D.0.1
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1确定）；为矿层倾角；（6）采空区总沉降量减去已经发生的沉降值，即是采空区未来还会发生的沉降变形值。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的主要有益技术效果在于：1.本专利技术理论科学合理，方法简捷、明了，技术方法简单适用，可操作性强，结果准确可靠：在充分利用已有探矿、采矿的地质钻探资料的基础上，通过地质钻探手段，获得不同时期标志层的层底、层顶绝对高程，计算出多个点位已发生的沉降变形量，进而可以测算出未来将会产生的沉降变形量；如此，可以有效解决理论计算采空区沉降量中已发生沉降量和即将发生沉降量的准确划分问题。
[0009]2.本专利技术方法可以取得的采矿后不同阶段发生的沉降变形量，进而为煤矿采空区治理和在采空区上方进行城乡规划、工程设计、建设施工提供直接依据，具有较好实用性和推广应用价值。
附图说明
[0010]图1为本专利技术实施例中煤矿地质勘查剖面示意图。
[0011]图2为本专利技术实施例中煤矿采空区沉降计算示意图。
[0012]图3为本专利技术实施例中采煤前地层结构与钻孔示意图。
[0013]图4为本专利技术实施例中采煤后地层结构与钻孔示意图。
[0014]以上图中，ZK1、ZK2、ZK3为煤矿普查与勘查、资源储量核查时（采矿塌陷前）施工的钻孔编号，HD1、HD2、HD3是对应钻孔的地面标高，HS1、HS2、HS3是对应钻孔揭露的地质标志层的顶板标高，HX1、HX2、HX3是对应钻孔揭露的地质标志层的底板标高；CK1、CK2、CK3为采煤塌陷后在原钻孔旁边重新施工的地质勘探孔编号，HD1’
、HD2’
、HD3’
是对应重新施工钻孔的地面标高，HS1’
、HS2’
、HS3’
是对应新钻孔揭露的地质标志层的顶板标高，HX1’
、HX2’
、HX3’
是对应新钻孔揭露的地质标志层的底板标高。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。
[0016]在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区沉降量测算方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）收集煤矿采空区的区域地质资料，明确场地地层结构、煤层深度及煤矿采空区范围，选定煤层上方距离地表最近且具显著地质特征的地层作为地质标志层；（2）选取采空区范围内有历史钻探资料的钻孔所处位置作为代表性点位，基于矿区矿产勘查、资源核查时期的地质钻探资料，统计代表性点位采矿前地质标志层的层顶/地表、层底的绝对高程；（3）在代表性点位旁边重新施工地质勘探钻孔，利用钻探查明目前采空区代表性定位地质标志层当前的层顶/地表、层底的绝对高程；（4）计算煤矿开采前与目前代表性点位地质标志层的层顶/地表、层底绝对高程的差值，其差值为代表性点位目前已经发生的沉降值；（5）根据采空区代表性点位地层结构、采煤厚度及岩体特征，利用公式计算出采空区总沉降量：式中，为地表最大下沉值；m为煤层厚度；q为下沉系数；为矿层倾角；（6）由采空区总沉降量减去已经发生的沉降值，得到采空区未来还会发生的沉降变形值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，任胜伟，周静利，景兆凯，刘朋，周攀，王烁，宋佳，王盼盼，王欢，范志勇，程建强，张晋，王明闪，郭坤，王尚，
申请(专利权)人：河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，
类型：发明
国别省市：