一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法技术

本发明专利技术公开了一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法，适用于地表变形预测技术领域。获得本矿区的概率积分预测参数，根据具体的地表沉陷实测资料和相应的工作面信息拟合获得调节参数B

【技术实现步骤摘要】
一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法


[0001]本专利技术涉及一种地表沉陷精准预测的计算方法，属于地表变形预测
，是一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法。
技术背景
[0002]松散层是指第四纪和新近纪未成岩的松散沉积物，包括冲积层、残积层、洪积层等，一般当松散层厚度大于50m时即可认为为厚松散层。在厚松散层下开采的地表沉陷特征与一般地质采矿条件下开采时存在显著区别，具体表现为沉陷盆地边缘区下沉量大，延伸范围远，下沉曲线收敛缓慢等，这导致常用于开采沉陷预测的概率积分模型在厚松散层矿区的适用性变差，盆地边缘区预测误差大等问题。上述问题的存在严重制约着的矿区的城市化建设，对途经矿区的各种油气管线、铁路线路及高架桥等设施的建设和保护造成严重威胁。因此，在保障矿区地表建构筑物的安全建设促进矿区城市化的发展进程中，如何实现厚松散层矿区的地表沉陷精准预测成为矿区亟待解决的难题。
[0003]由于厚松散层下开采具有独特的规律：沉陷盆地边缘区下沉量大，延伸范围远，下沉曲线收敛缓慢等，因此使用现有的概率积分模型在预测时出现适用性差的问题，导致其在盆地边缘区预测误差大的问题，因此现有的概率积分模型并不能很好的进行预测，影响后续的地表建筑物的建设与保护规划。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足之处，提供一种步骤简单，精准度高，兼顾厚松散层地表沉陷特点及矿区地质特征的厚松散层矿区地表沉陷精准预测方法。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术的一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法，步骤如下：
[0006]根据矿区建立的地表移动观测站监测资料获得本矿区的概率积分预测参数，概率积分参数包括：下沉系数q，主要影响角正切tanβ，拐点偏移距S，开采影响传播角θ；
[0007]利用待预测区域的具体地表沉陷实测资料和相应的工作面信息通过拟合反演出调节参数B
(1,2)
；
[0008]然后根据待预测工作面的相关信息：工作面面宽a、面长b、采深H、采厚m、倾角α，根据需要获得地表沉陷面任意断面的下沉曲线；
[0009]以下沉曲线的拐点作为主要影响半径的分段点，计算得到下沉曲线拐点外侧修正的主要影响半径r'；其中下沉曲线的两个拐点靠近工作面的范围定义为拐点内侧，两个拐点远离工作面的范围定义为拐点外侧；
[0010]利用下式计算拐点内侧采用预测矿区现有的主要影响半径r，然后利用概率积分模型计算拐点内侧的地表沉陷预测值；
[0011][0012]利用下式计算拐点外侧的用于地表沉陷预测的修正主要影响半径r'，然后利用概率积分模型计算拐点外侧的地表沉陷预测值；
[0013][0014]之后将拐点内侧与拐点外侧的计算得到的地表沉陷预测值结合，获得最终的厚松散层下工作面开采后的完整的地表沉陷预测值；
[0015]式中，l为工作面的计算宽度，K
(1,2)
分别为走向和倾向的修正系数，B
(1,2)
分别为走向和倾向的调节参数；x为主断面上以采空区中心为原点的待预计点的坐标。
[0016]进一步，针对待预测工作面，根据其地质采矿条件信息，选取一个地质采矿条件类似的工作面，根据类似工作面地表移动观测站的监测资料和概率积分参数，通过拟合获得修正主要影响半径r'的修正公式中的调节参数B
(1,2)
，利用节参数B
(1,2)
对相同地质采矿条件下未来开采工作面的地表沉陷预测。
[0017]进一步，根据公式计算得到的拐点内侧的地表沉陷预测值包括：地表下沉W1、水平移动U1、倾斜I1、水平变形ε1和曲率K1；拐点外侧的地表沉陷预测值包括：地表下沉W2、水平移动U2、倾斜I2、水平变形ε2和曲率K2。
[0018]进一步，将地表沉陷范围是包括拐点内侧和拐点外侧两部分，拐点内侧采用概率积分模型进行预测，对其预测参数不做任何改变；在拐点外侧，采用上文提到的修正主要影响半径r'的修正公式可计算出修正的主要影响半径r'，用其替换原先的r，进而采用原先概率积分模型进行预测；最后将两者组合到一起形成一个完整的地表沉陷预测结果。
[0019]有益效果：
[0020]本申请的一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法，针对现有概率积分模型在厚松散层矿区局部适用性差导致在沉陷盆地边缘区预测误差大这一问题，在保证预计参数一致性的同时能够实现厚松散层矿区地表沉陷的精准预测，为实现厚松散层下安全高效开采、地面建(构)筑物的精准保护提供技术支撑。
附图说明
[0021]图1为本专利技术方法的地表沉陷预测结果与概率积分模型预测结果比较示意图；
[0022]图2为本专利技术的实施例中某工作面井上下对照示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例中某工作面开采沉陷预测结果比对示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合图和具体实施过程对本专利技术做进一步详细说明：
[0025]如图1所示，本专利技术的一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法，首先根据矿区建立的地表移动观测站监测资料获得本矿区的概率积分预测参数，包括下沉系数q、主要影响角正切tanβ，拐点偏移距S，以及开采影响传播角θ等参数，之后根据具体的地表沉陷实测资料和相应的工作面信息拟合获得公式1中的调节参数B
(1,2)
，该调节参数即可用于相
和曲率K1；
[0034]步骤5：利用确定的调节参数B
(1,2)
，将其代入到公式1中即可获得拐点外侧修正后的主要影响半径r'，之后用修正后的主要影响半径r'替代原先的r，采用与步骤4相同的方式即可计算出拐点外侧的地表沉陷预测值，包括地表下沉W2、水平移动U2、倾斜I2、水平变形ε2和曲率K2；
[0035]步骤6：将步骤4得到的拐点内侧的地表沉陷预测值与步骤5得到的拐点外侧的地表沉陷预测值按位置组合到一起即获得了包含拐点内外侧的完整的地表沉陷预测结果。
[0036][0037]式中，r为预测时拐点内侧所用的主要影响半径；r'为拐点外侧所用的主要影响半径；H为采深；tanβ为主要影响角正切；l为工作面的计算宽度；K
(1,2)
分别为走向和倾向的修正系数，由B
(1,2)
计算得到；B
(1,2)
分别为走向和倾向的调节参数；x为主断面上以采空区中心为原点的待预计点的坐标。
[0038]实施例
[0039]如图2所示为我国某厚松散层矿区的某个工作面的井上下对照图，需进行工作面开采后对地表某管线处的下沉进行预测。
[0040]首先根据该矿区的相关地表移动观测站沉陷监测资料，拟合获得了概率积分预测参数，分别为下沉系数q＝0.88、主要影响角正切tanβ＝1.78，拐点偏移距S＝30.9m以及开采影响传播角θ＝87.6
°
；
[0041]之后针对待预测工作面，根据其地质采矿条件信息确定了修正模型中的调节参数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚松散层下煤矿开采地表沉陷精准预测方法，其特征在于步骤如下：根据矿区建立的地表移动观测站监测资料获得本矿区的概率积分预测参数，概率积分参数包括：下沉系数q，主要影响角正切tanβ，拐点偏移距S，开采影响传播角θ；利用待预测区域的具体地表沉陷实测资料和相应的工作面信息通过拟合反演出调节参数B
(1,2)
；然后根据待预测工作面的相关信息：工作面面宽a、面长b、采深H、采厚m、倾角α，根据需要获得地表沉陷面任意断面的下沉曲线；以下沉曲线的拐点作为主要影响半径的分段点，计算得到下沉曲线拐点外侧修正的主要影响半径r'；其中下沉曲线的两个拐点靠近工作面的范围定义为拐点内侧，两个拐点远离工作面的范围定义为拐点外侧；利用下式计算拐点内侧采用预测矿区现有的主要影响半径r，然后利用概率积分模型计算拐点内侧的地表沉陷预测值；利用下式计算拐点外侧的用于地表沉陷预测的修正主要影响半径r'，然后利用概率积分模型计算拐点外侧的地表沉陷预测值；之后将拐点内侧与拐点外侧的计算得到的地表沉陷预测值结合，获得最终的厚松散层下工作面开采后的完整的地表沉陷预测值；式中，l为工作面的计算宽度，K
(1,2)
分别为走向和倾向的修正系数，B
(1,2)
分别为走向和倾向的调节参...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连贵，郑辉，郭广礼，李怀展，孟凡贞，查剑锋，魏涛，元亚菲，郭斯凡，蒋乾，汪铁宁，孟浩，翟凯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：