[發明專利]一種基于沉降監測數據的煤礦老采空區場地穩定性定量評價方法

有效

• 申請號: 201610272795.0
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105926569B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 齊劍峰;王飛
• 申請（專利權）人: 河北地質大學
• 主分類號: E02D1/02
• 分類號: E02D1/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于沉降監測數據的煤礦老采空區場地穩定性定量評價方法，其特征在于：包括下述步驟

1)在煤礦老采空區地表布置監測線，獲得地表沉降監測數據

布置方法為：針對開采工作面，按平行煤層走向布置至少1條監測線，垂直煤層走向布置至少3條監測線；

2)基于監測數據的地表變形特征初步分析

根據監測數據進行分析，進行兩個方面的分析：

(1)確定地表沉降最大下沉點位置

根據獲得的實測數據建立各沉降點和沉降量的下沉曲線圖，然后分析平行和垂直煤層走向的監測點沉降量，找出最大下沉點的位置及編號；

(2)判定主沉降是否結束

根據步驟(1)所確定的最大下沉點的下沉量與時間關系曲線及下沉速度曲線，與包含一般采空區地表下沉規律曲線的圖相對比，如果實際監測得到的下沉曲線模式進入了衰退期模式，可以判定采空區主沉降已經結束，如果老采空區的主沉降已經結束，即可認為老采空區場地的剩余沉降量等于殘余沉降量；即可依據此數據進行地表變形計算；

3)煤礦老采空區地表變形計算

對于緩傾斜煤層，采用概率積分法計算公式，下沉值：

W(x,y)=W0∫∫D1r2exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-1)]]>

傾斜：

ix(x,y)=W0∫∫D2π(s-x)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtiy(x,y)=W0∫∫D2π(t-y)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-2)]]>

曲率：

Kx(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtKy(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-3)]]>

水平移動：

Ux(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtUx(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-4)]]>

水平變形：

ϵx(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtϵy(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-5)]]>

式中：W(x,y)為地表任意點的下沉值，坐標為x和y，單位mm；

i_x(x,y)、K_X(x,y)、U_X(x,y)、ε_x(x,y)分別為地表任意點x方向的傾斜值，其中地表任意點坐標為x和y，單位mm/m；曲率值，單位10^-3/m；水平移動值，單位mm；和水平變形值，單位mm/m；

i_y(x,y)、K_y(x,y)、U_y(x,y)、ε_y(x,y)分別為地表任意點y方向的傾斜值，地表任意點的坐標為x和y，單位mm/m；曲率值，單位10^-3/m；水平移動值，單位mm；和水平變形值，單位mm/m；W₀、U₀分別為地表充分采動的最大下沉值和最大水平移動值，單位mm；

其中，

W0=ηM cos(α)U0=bW0---(1-6)]]>

D為工作面傾斜長度和走向長度確定的積分范圍，m²；

r為主要影響半徑，m；

η為下沉系數；M為開采煤層厚度，m；

α為煤層傾角，單位度；b為水平移動系數；

假定在荷載作用下或風化作用下，破裂巖體存在的空隙、裂隙和離層離縫完全閉合，下沉系數達到1，則最大殘余下沉系數的計算表達式為：

η′＝1-η (1-7)

殘余下沉系數隨下沉時間的表達式為：

η′_t＝Ae^-Bt (1-8)，

其中，A和B均為確定的參數；

將殘余下沉系數η′_t替換式(1-6)中的下沉系數η，就可以計算不同時期的最大殘余沉降量：

W_e＝η′_tMcos(α)(1-9)

再將W_e替換式(1-2)～(1-3)中的W₀，用W_eb替換(1-4)～(1-5)中的U₀，即可利用Matlab軟件編制程序計算殘余傾斜、曲率和水平變形的大小，然后繪制殘余下沉值等值線、傾斜值等值線、水平變形等值線和曲率值等值線圖；

4)老采空區場地穩定性評價

(1)根據得到的上述數據和圖，根據評價標準即可對老采空區場地的穩定性進行評價；場地穩定性評價標準依據《采空區公路設計與施工技術細則》進行，JTG/T-D31-03-2011；

(2)依據上述標準，將計算得到的殘余下沉值、傾斜值、水平變形值和曲率值4個指標進行綜合比對，并畫出對比圖；

(3)根據穩定性評價標準和對比圖畫出按穩定標準確定的分區界線，提取出坐標，將其投影到CAD圖上，就得到了老采空區場地穩定性評價分區圖。