[發明專利]基于時空關系的礦山采空區覆巖沉降動態預測方法

有效

• 申請號: 201310647965.5
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103606019A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 趙康;趙曉東;趙奎;程渭民;王曉軍;金解放
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/02
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所 36116
• 代理人: 曾上

1.一種基于時空關系的礦山采空區覆巖沉降動態預測方法，包括如下步驟：

第一步：測量出要預測礦山的采空區影響半徑r，建立二維坐標系，以覆巖未沉降時為0點，以地表水平面為x軸，垂直于采空區中心點的豎直向下為w_m(x)軸，以采空區覆巖最大沉降點為對稱中心；

第二步：根據測量的實際需要，在距采空區中心不同的距離選取一定數量的監測點，分別記為x₁,x₂,x₃L，其中x值是該監測點與采空區中心點的水平距離，可通過實測得到；

第三步：礦山開采后，每間隔一定時間測量一次這些點的沉降量w_m(x,t)，然后通過公式確定參數n，通過求出最終沉降量w_m，根據每段時間測量出的w_m(x,t)求出a(t)，并根據礦山沉降的加速度值的正負變化情況，再確定礦山沉降屬于哪種類型；根據研究覆巖沉降分4種類型：①勻速下沉，②加速下沉直至塌陷，③開始加速下沉然后減速下沉最終達到穩定狀態，④開始加速下沉，后減速下沉，然后再加速下沉直至塌陷；然后根據已測數據代入與4種覆巖沉降類型依次對應的公式：①②③且t∈[0,t₁)，④且t∈[0,t₂)中求出時間系數的β_i(i=0,1,2,3,4)，最后根據公式進行礦山沉降動態時空關系預測。

2.根據權利要求1所述的一種基于時空關系的礦山采空區覆巖沉降動態預測方法，其特征是：具體步驟如下：

第一步：測量出要預測礦山的采空區影響半徑r，以礦山覆巖未沉降時為0點，以覆巖層地表水平面為x軸，垂直于采空區中心點的豎直向下為w_m(x)軸，建立二維坐標系，以采空區覆巖最大沉降點為對稱中心，取覆巖垂直剖面的一半為研究對象，采空區影響半徑r=425m；

第二步：根據測量的實際需要，在距采空區中心不同的距離選取一定數量的監測點，分別記為x₁,x₂,x₃L，其中x值的確定是該監測點與采空區的水平距離，可通過實測得到；對礦山取監測點的坐標分別為0、42.5、85、127.5、170、212.5、255、297.5、340、382.5、425；

第三步：礦山開采后在一定時間范圍內，每隔一段時間實地測量一次監測點沉降量，通過沉降量和實測的時間求出礦山沉降的加速度值的正負變化情況，再確定礦山沉降屬于哪種類型，然后根據已測數據代入模型中求出時間系數的β_i(i=0,1,2,3,4)，最后根據具體模型進行礦山沉降動態時空關系預測；對礦山每間隔300d測量一次各測點沉降量，沉降開始時各點的沉降量為0，如表1所示，覆巖沉降穩定時實測沉降曲線；

表1礦山監測點實測沉降量與時間關系

經實測可知各點從開始沉降到幾乎不再沉降經歷的時間為3300d，首先確定沉降模型中各參數的值，經測最終覆巖穩定時中心點沉降量是w_m=393mm，沉降影響半徑r=425m，因此解得n=4.5，故礦區的沉降模型為：

上述分析過程是空間部分的分析，對于動態時間的分析有：

則a(t)=v(t+Δt)-v(t)Δt]]>

分別求出每隔300d覆巖沉降的時間系數和沉降加速度a(t)的值，如表2所示；

通過覆巖沉降加速度值的正負變化分析可知：覆巖開始沉降時的加速度為正值，即a(t)>0；覆巖沉降一段時間后的加速度值為負值，即a(t)<0，得出k=4，取加速度的數學模型為二次函數a(t)=Σi=02aiti=a0+a1t+a2t2,]]>其中t∈[0,3000d)；

則t∈[0,3000d)，

經求解得：

上式即為本模型所建立的礦山基于時空關系的覆巖沉降動態預測模型，其預測結果與實測結果較吻合，通過預測結果可知，礦山覆巖沉降過程經歷3300d時基本處于穩定狀態，這與礦山實測沉降穩定時間一致，表明礦山覆巖最終處于穩定狀態，沒有發生塌陷。

表2礦山沉降時間加速度系數與時間關系