[發明專利]一種動態評價露天礦地下采空區頂板穩定性的方法

在審

• 申請號: 202010533845.2
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111737895A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 王永增;王潤;曹洋;孟磊磊;吳恩澤;劉小剛
• 申請（專利權）人: 鞍鋼集團礦業有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 鞍山貝爾專利代理有限公司 21223
• 代理人: 顏偉

本發明涉及一種動態評價露天礦地下采空區頂板穩定性的方法，包括下列步驟為：1)資料搜集，獲取現場地形參數、地下采空區幾何參數及巖土力學參數；2)建立地質模型及計算模型；3)試算該組參數下采空區上方開采平臺的沉降特性；4)根據沉降特性選擇最佳沉降觀測點，布設沉降傳感器；5)開采采空區上部礦層，沉降傳感器發生變化；6)借助連續介質與非連續介質相結合的計算方法反分析當前狀態下的力學參數；7)根據校正后的巖土力學參數，計算采空區的頂板穩定性及臨界頂板厚度；8)重復5)?7)步，不斷修正采空區上覆巖層的力學參數，實現采空區頂板穩定性的動態預測。解決傳統經驗公式法及單純數值模擬法評價不準確的難題。

技術領域

本發明涉及采礦工程技術領域，尤其涉及一種動態評價露天礦地下采空區頂板穩定性的方法。

背景技術

目前，采空區頂板穩定性的分析方法往往基于確定的力學參數展開，并采用簡單的理論或經驗公式進行計算。理論公式往往對采空區的賦存狀態、受力模式及破壞模式進行了過多的概化；而經驗公式則限于局地的觀測及實驗結果，普適性不強。因此，無論理論公式還是經驗公式，均無法準確計算出復雜采空區的頂板穩定性。基于力學理論的數值模擬技術，可以充分考慮采空區及地面的復雜形態，可以考慮地層的彈性參數、強度參數對采空區頂板穩定性的影響，是進行采空區頂板穩定性評價的有效手段。借助數值模擬進行頂板穩定性分析時，需要輸入各地層的力學參數，力學參數的準確性將直接影響分析結果的準確性。由于地質體的非均勻、非連續等特性，局部取樣獲得的力學參數并不能代表采空區頂板整體的力學特性，因而也無法保證分析結果的準確性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種動態評價露天礦地下采空區頂板穩定性的方法,可將現場監測數據與數值模擬結合，通過監測數據動態調整優化各地層的力學參數，而后利用與現場相匹配的力學參數進行采空區頂板穩定性的分析。

本發明的目的是這樣實現的。

本發明的一種動態評價露天礦地下采空區頂板穩定性的方法，包括下列步驟：

步驟1)資料搜集

獲取現場地形參數、巖層參數、地下采空區幾何參數及巖土力學參數；

步驟2)建立地質模型及計算模型

根據地形參數、巖層參數及地下采空區幾何參數建立地質模型，基于地質模型建立數值計算網格，基于數值計算網格及巖土力學參數建立數值計算模型。

步驟3)基于步驟2)中建立的數值計算模型，計算該組巖土力學參數下采空區上方開采平臺的沉降特性

采用連續介質與非連續介質相結合的數值模擬方法進行數值模擬，單元采用理想彈塑性的摩爾-庫倫模型及最大拉應力模型，虛擬界面采用脆性斷裂的摩爾-庫倫模型獲取采空區頂部平臺各處的沉降特性；

步驟4)根據沉降特性選擇最佳沉降觀測點

布設沉降傳感器，根據數值模擬獲得的頂板各處的沉降值，結合后續露天開采工序及開采方案，選取5-10處觀測點，在采空區上方地表位置均勻布設沉降傳感器；

步驟5)按照實際生產計劃對采空區頂部的礦層進行逐層開采，同時記錄各沉降傳感器的變化情況；

步驟6)借助數值模擬反分析當前狀態下的力學參數

基于連續介質與非連續介質相結合的數值計算方法，采用尋優算法，反復調整校正各巖層的力學參數，以數值計算獲得的地表沉降與實際監測沉降的二范數最小為尋優條件，解算出與當前巖層相匹配的巖土力學參數；

最優解的確定公式為：

其中n為監測點的個數，為實際監測點的沉降值，為數值計算的沉降值，f及均為彈性模量E、粘聚力c、內摩擦角φ及抗拉強度σ_t的函數；