[發明專利]一種單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法

有效

• 申請號: 202110765425.1
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113338929B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 郭廣禮;李懷展;查劍鋒;宮亞強;郭松;魏濤;胡邵豪;殷和建;張學偉;黃成
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C39/00
• 分類號: E21C39/00;E21C41/28;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法，適用于煤礦采空區場地穩定性評價使用。首先計算出單一窄工作面采空區兩側煤壁最大屈服和剝離寬度的總和；然后預測兩側煤壁屈服剝離前單一窄工作面采空區地表的移動數與變形值；接著計算單一窄工作面采空區寬度加上采空區兩側煤壁的最大屈服和剝離寬度之和，再預測兩側煤壁屈服剝離后的該采空區地表的移動數與變形值，最后通過對該單一工作面采空區兩側煤壁屈服數值和剝離前后預測的地表的移動與變形值作差，得到該單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形量，實現單一窄工作面極不充分開采殘余變形的預測。其步驟簡單，預測精度高，為煤礦采空區場地穩定性評價提供了理論依據。

技術領域

本發明涉及一種地表殘余變形預測方法，尤其適用于煤礦采空區場地穩定性評價使用的一種單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法。

背景技術

我國長期大規模煤炭開采在保證國家能源安全的同時，形成了大面積采空塌陷區。雖然經過長時間的自然壓實，煤礦采空區及其上方破裂巖體處于一個相對平衡狀態，但采空區覆巖內的裂隙、離層和空洞依然存在，在各種內外荷載(建筑荷載、振動荷載、地震力、地下水等)的作用下，上覆巖層的這種相對平衡狀態將再次被打破，從而形成地表的二次沉降，這一過程稱為老采空區的“活化”。礦區大面積采空塌陷區不良地基場地，對礦業城市轉型和現代化建設迫切需要的建設用地構成了嚴重制約和安全隱患。

采空區場地穩定性評價是進行場地建設利用的依據，其中采空區場地地表殘余變形預測是進行采空區場地穩定性評價的關鍵。目前國內外學者針對長壁式采空區場地地表殘余變形預測方法做了大量的研究工作，建立了面向不同地質采礦條件的長壁式采空區場地地表殘余變形預測方法，且已編入相應的國家規范中，已基本解決了長壁式采空區場地地表殘余變形預測問題。但單一窄工作面采空區覆巖中能夠形成相應比較穩定的自然平衡拱式次生結構體系，與長壁式采空區覆巖結構有顯著差異，進而導致單一窄工作采空區和長壁式采空區場地地表殘余變形量有較大差異。但目前尚未有計算單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法，導致單一窄工作面采空區場地穩定性評價缺乏科學依據。

發明內容

針對現有技術的不足之處，提供一種步驟簡單，精準度高，兼顧了采空區兩側煤壁屈服和剝離影響的單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法。

為實現上述技術目的，本發明的一種單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形預測方法，首先計算出單一窄工作面采空區兩側煤壁最大屈服和剝離寬度的總和；然后利用概率積分法預測兩側煤壁屈服剝離前單一窄工作面采空區地表的移動數與變形值；接著計算單一窄工作面采空區寬度加上采空區兩側煤壁的最大屈服和剝離寬度之和，再通過概率積分法預測兩側煤壁屈服剝離后的該采空區地表的移動數與變形值，最后通過對該單一工作面采空區兩側煤壁屈服數值和剝離前后預測的地表的移動與變形值作差，得到該單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形量，實現單一窄工作面極不充分開采殘余變形預測。

具體步驟如下：

利用礦區基礎資料確定研究區域的地層情況，包括研究區域煤層的采深、厚度等信息；

根據煤層的采深、采厚數值計算出單一窄工作面采空區兩側煤壁最大屈服寬度；

根據煤層的采厚、碎脹系數、堆積體休止角計算出單一窄工作面采空區兩側煤壁最大剝離寬度；

之后根據單一窄工作面采空區寬度值，基于概率積分法預測單一窄工作面采空區的移動與變形值；

接著將單一窄工作面采空區寬度加上采空區兩側煤壁的最大屈服和剝離寬度之和，再基于概率積分法預測采空區和兩側煤壁上方地表移動與變形值；

最后通過對單一工作面采空區兩側煤壁屈服和剝離前后預測的地表移動與變形值作差，從而預測出單一窄工作面極不充分開采地表殘余變形量，實現單一窄工作面極不充分開采殘余變形預測。