[發(fā)明專利]一種采動覆巖移動變形動態(tài)預測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110635114.3
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113435014A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉文鍇;胡青峰;崔希民;郭廣禮;李志偉;王新靜;李春意;查劍鋒;楊澤發(fā);袁德寶
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

1.一種采動覆巖移動變形動態(tài)預測方法，其特征在于：確定采動覆巖內(nèi)部任一預計水平、任一時刻巖層下沉、傾斜、曲率、水平移動、水平變形、垂向變形值的定量動態(tài)預測方法；具體步驟如下：

a.構(gòu)建各回采單元的時間函數(shù)，如式(1)所示：

其中C為巖性參數(shù)，將工作面的計算長度l劃分為n個開采單元，覆巖內(nèi)部任一預計水平z的動態(tài)移動變形值看成為n個開采單元獨立動態(tài)移動變形值的疊加，假設(shè)第一個開采單元開采時刻為0，按開采單元長度或單元回采時間來劃分，第1個開采單元的回采時間為t₁，回采速度為v₁，則第1個單元回采長度為v₁t₁；第i個開采單元所經(jīng)歷的回采時間為t_i，回采速度為v_i，則其回采長度為v_it_i；如果在t時刻進行覆巖內(nèi)部z水平動態(tài)移動變形預計，第1個開采單元所經(jīng)歷的采動時間為t，第i(i≥2)個開采單元所經(jīng)歷的采動時間為

b.在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平走向主斷面上任意點的移動與變形值，包括采動覆巖內(nèi)部z水平t時刻走向主斷面巖層下沉預測值和在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平走向主斷面上任意點的移動與變形值；

b-1.預測模型采動覆巖內(nèi)部z水平t時刻走向主斷面巖層下沉預測值用以下預測模型表達；

第1個和第i(i≥2)個回采單元開采引起的覆巖內(nèi)部z水平走向主斷面上巖層動態(tài)下沉值用(2)式表示：

式中W⁰(x_i,z)＝W(x_i,z；p₃)-W(x_i-l,z；p₄)，x_i(i＝1,2,…,m)分別為各開采單元獨立坐標系的坐標，l為走向計算長度，l＝D₃-s₃-s₄，D₃為走向方向?qū)嶋H開采長度，s₃、s₄為走向方向左右邊界拐點偏移距，p₃和p₄分別表示走向左側(cè)和走向右側(cè)的覆巖巖性綜合評價系數(shù)；

煤層開采過程中工作面推進速度恒定v₁＝v₂＝…＝v_n＝v，第一個開采單元所經(jīng)歷的時間為t₁，其余開采單元經(jīng)歷的回采時間為Δt，那么工作面走向長度等于vt₁+(n-1)vΔt；聯(lián)立(1)式和(2)式，得在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平走向主斷面上任意點的下沉值為：

其中，

式中，x為工作面坐標系中走向主斷面的橫坐標；z為工作面坐標中走向主斷面的縱坐標；m為煤層開采厚度；q_z為z預計水平覆巖下沉系數(shù)，H為采深；q為地表下沉系數(shù)；n為與覆巖巖性有關(guān)的覆巖下沉系數(shù)影響因子；a為煤層傾角；γ_z為z預計水平主要影響半徑；在上式計算中當待預計的時間t＝t₁+t₂+…+t_i，表示第i+1至第n個開采單元尚未開采；當t＞t₁+t₂+…+t_n，則表示工作面已經(jīng)開采完畢，且已經(jīng)停采t-(t₁+t₂+…+t_n)時間；

b-2.在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平走向主斷面上任意點的移動與變形值用式(4)～(8)表達，

走向主斷面傾斜動態(tài)公式：

式中，x為工作面坐標系中走向主斷面的橫坐標；z為工作面坐標走向主斷面的縱坐標；i表示第i個開采單元的編號；v為工作面推進速度；

走向主斷面曲率動態(tài)公式：

走向主斷面水平移動動態(tài)公式：

U⁰(x,z,t)＝b_z*γ_z*i⁰(x,z,t) (6)

走向主斷面水平變形動態(tài)預計公式：

走向主斷面垂向變形動態(tài)公式：

式中b_z為z水平移動系數(shù)；

c.在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平傾向主斷面上任意點的移動與變形值用式(9)表示，

式(9)中p₁、p₂分別表示相應的下山和上山方向的覆巖綜合評價系數(shù)；L為傾向方向計算長度，用式(10)計算；

式(10)中D₁為工作面傾向?qū)嶋H開采長度；s₁、s₂分別為下山和上山方向拐點偏移距；θ₀為開采影響傳播角，θ₀＝90°-ka，k為小于1的系數(shù)，取值在0.5～0.8之間；

式(9)的前三個公式等號右邊半無限開采的下沉、傾斜、曲率、垂向變形的計算公式與走向相同；半無限開采的水平移動和水平變形計算公式應在相應走向公式計算所得的值加上由于煤層傾斜所引起的水平移動和水平變形的分量，其計算公式為：

式(11)中b_1z、b_2zγ_1z、γ_2z采用式(12)計算：

式(12)中H₁、b₁和γ₁分別為下山方向采深、水平移動系數(shù)和影響半徑，H₂、b₂和γ₂分別為上山方向采深、水平移動系數(shù)和影響半徑；

d.在工作面坐標系中t時刻覆巖內(nèi)部z水平任意點的移動與變形值的確定，

聯(lián)立式(3)～(12)得覆巖內(nèi)部任一水平面上任一點的動態(tài)移動變形值，表達公式如下：

下沉W(x,y,z,t)：

傾斜

曲率

水平移動

水平變形

垂向變形

式(13)～(18)即為覆巖內(nèi)部任一點移動變形公式。