[發明專利]基于重力異常的礦山采空區變形量及穩定性評估方法

有效

• 申請號: 201710388355.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107219560B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 吳嘯龍;湯靜雅
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;長安大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于礦山工程技術領域，尤其是涉及一種基于重力異常的礦山采空區變形量及穩定性評估方法。

背景技術

礦山采空區即是指地下礦產經過一系列人工開采后所留下的地下層間空洞區域。天然的巖體本來處于自然的應力平衡狀態，但是由于礦山的開發、開采工作必然會在巖體內部開挖各式各樣的空間，如巷道、采場等，如此必然破壞了礦區地下巖石層的應力平衡而產生次生的應力-應變效應。正是由于這種次生的應力-應變效應，使得礦山采空區的圍巖體結構發生變形，甚至應力平衡結構的破壞、移動，直到區域巖石圈構造應力平衡調整至新的平衡為止。

上個世紀的國有礦山企業，由于采礦技術與裝備的局限，大量使用空場法、崩落法、留礦法等采礦方法，雖然開采過程經過正規設計，采空區資料齊全，但是因為完成填充采空區成本較高，許多礦山也未能及時對所有采空區完成填充，有40％以上的采空區仍然遺留在各個礦山，更遑論我國礦產資源的開采還經歷過嚴重失控的階段，民采、群采猖獗，礦山采空區叢生。我國的重點煤礦，平均采空塌陷面積約占礦區含煤面積的1/10。目前，據不完全統計，在我國20多個省、自治區內，共發生大規模的采空區地質災害200多起，累計塌陷面積超過70萬公頃，造成的直接經濟損失更是超過了500億元。可以看出，由于采空區的失穩變形而引發的礦山地質災害的社會危害性極大，輕者造成生產的局部停產，重者造成人員傷亡及巨大經濟損失，嚴重影響到國家、地區的資產和人民群眾財產安全。

另外，礦山采空區穩定性是一個極其復雜的問題，它不僅和開采礦體的深埋、傾角、厚度、上覆巖層的巖性、賦存狀態、厚度、物理力學性質、地質構造、場地地形地貌、水、文地質條件以及煤礦開采面積、頂板管理方法、開采頻次、采掘技術等地質采礦條件有關，而且也和上部荷載的類型、大小、位置等密相關。

目前關于外礦山采空區的變形測量與穩定性評估分析方法主要有：

第一、數值模擬法：礦山采空區數值模擬可以使用邊界單元法、有限單元法、有限差分法及離散單元法等。其中，有限元方法適合范圍最廣，發展較為成熟。

第二、解析法：解析法是對礦山采空區硐室進行簡化，建立相應的地質模型，再按照一定的原則或者假設條件抽象為一個理想的數學物理模型，然后按照數值方法予以求解。

第三、預計法：預計法主要通過計算礦山采空區頂板承載力、殘留空洞的穩定性、剩余地表變形量及地表破壞范圍來進行。礦山開采沉陷預計理論及方法較多，在我國廣泛使用的概率積分法,

第四、半預測半解析法：該方法是預測法和解析法的結合，如B.Dzezi l教授在Bduryky-noteh理論基礎上引入Fouier二維積分變換形成的方法。目前的方法的主要缺陷在于：這些研究都是建立在特定的實驗基礎上,研究方法與研究結論依靠的主要是以往的經驗，而且這些方法的側重點普遍在于礦山采空區變形而引起的地質災害方面的評價，均忽略了對礦山采空區從開采階段到采后空置變形階段的總體變形過程、變化規律的觀測。

現如今還未出現能對礦山采空區的穩定性進行評估的方法，不能全面、有效地對礦山采空區的變形進行檢測，同時對礦山采空區的穩定性進行評價，且不能體現礦山采空區的變化規律和特點。由上述內容可知，利用傳統的變形監測方法，由于無法規避自身缺陷，使得礦山采空區的變形量監測與實際工程有所偏離，從而造成采礦區的變形量與穩定性評估在誤差，不能滿足采礦區工程準確性需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于重力異常的礦山采空區變形量及穩定性評估方法，其方法步驟簡單、設計合理且成本低，使用操作簡便，利用重力異常能準確地對礦山采礦區的變形量進行監測，監測結果準確，且根據采礦區的變形量對礦山采礦區的穩定性進行評估，且獲取礦山采礦區的穩定變形量，實用性強。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于重力異常的礦山采空區變形量及穩定性評估方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、絕對重力儀觀測點的布置及絕對重力儀的架設：首先在矩形礦山采空區研究場地中，沿礦山采空區地表面的長度方向間隔設置多個絕對重力儀觀測點；其中，多個所述絕對重力儀觀測點分別記作絕對重力觀測點A₁、絕對重力觀測點A₂、...、絕對重力觀測點A_n，n為絕對重力觀測點的數量，所述礦山采空區地表面為矩形礦山采空區平面ABCD；