[發明專利]一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法及其應用

在審

• 申請號: 202310198443.5
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116163722A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 閻躍觀;戴華陽;張琰君;朱元昊;張學奇;蔡金池
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F17/13;G06F17/15;E21B49/02
• 代理公司: 北京冠榆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 孟培

本發明公開一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法及其應用，其確定方法包括：以工作面開采是否充分進行劃分，計算煤炭不同開采階段對應的拱結構軌跡方程，計算拱結構閉合形成的面積；在工作面主斷面布設觀測線并定期觀測，依據實測數據，繪制地表走向主斷面的下沉曲線，將地表下沉曲線分為多個截面，基于微分思想，計算地表下沉曲線閉合形成的面積；計算損傷體積比；給出損傷體積比臨界值，確定覆巖綜合巖性；將該方法應用于地表移動持續時間的預測。本發明有效解決了現有技術中通過物理實驗確定巖性無法代表整個礦區，未考慮巖層組合后的綜合效果的問題，準確確定綜合巖性，顯著提高地表移動持續時間預測的準確性。

技術領域

本發明涉及巖性確定技術領域。具體地說是一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法及其應用。

背景技術

隨著我國國民經濟的快速發展，煤炭資源需求逐漸增長，截止2021年底，全國煤炭產量達41.3億噸，占能源消費總量的比重為56.0％。在可預期的將來，煤炭作為我國的主要消費能源地位仍將保持不變。煤炭開采帶來巨大經濟和社會效益的同時，也帶來了地表沉陷和環境破壞等一系列問題。煤炭開采引起的地表移動變形是一個復雜的時間和空間問題，地表移動持續時間則是判斷地表移動變形是否穩定的重要指標，政府及相關部門對土地再利用的前提是地表已經穩定；因此，監測開采引起的地表移動變形，準確預計地表移動持續時間對于礦區土地資源利用、建筑物重建、地基工程治理等具有十分重要的意義。

傳統預測地表移動持續時間主要采用“三下”采煤規程中給出的經驗公式。然而，該公式未考慮覆巖巖性，在應用中發現，計算結果往往偏大，導致建設項目無法按時進行。因此，在地表移動持續時間預測時，應考慮其與覆巖巖性的關系。研究證實，地表移動過程與結果受覆巖巖性影響較大，因此，確定礦區覆巖綜合巖性變得尤為重要。

研究表明覆巖性質越硬，地表移動持續時間越長，覆巖性質越軟，地表移動持續時間越短，因此，準確判斷覆巖性質變得尤為重要。覆巖性質(堅固性系數)一般通過鉆孔取樣后進行物理實驗求取，然而鉆孔成本太高，得到的系數無法代表整個礦區，缺乏普遍性。

同時，地層由許多巖層構成，巖性有軟有硬，不能只考慮某一巖層的作用效果，應考慮巖層組合后的綜合效果，因而對采空區工程項目具有一定的制約作用。專利文獻CN111577268B公開了一種利用鉆具振動參數判斷巖石巖性的方法，該方法是利用提取的鉆具振動數據，根據加速度均方根、應力應變關系和機械比能對巖石巖性進行分析。但由于地層內有多個巖層，利用鉆具振動數據確定巖石巖性只能針對一層或幾層，無法確定礦區(預計區域)地層綜合巖性，且耗時費力。專利文獻CN102720489B公開了氣體鉆井隨鉆分析地層巖性的方法，可對氣體鉆井返出的巖屑進行快速準確分析，通過確定巖屑遲到時間，獲取巖屑，現場X射線衍射分析并判斷巖性。這種采用氣體鉆井隨鉆分析地層巖性的方法可以在鉆井現場準確確定巖性，但無法確定整個礦區(預計區域)的綜合巖性。為了確定礦區綜合巖性，準確預測地表移動持續時間，對土地資源利用提供指導，有必要設計一種綜合巖性確定方法。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法及其應用，以解決現有技術覆巖性質的確定未考慮巖層組合后的綜合效果，無法代表整個礦區，缺乏普遍性而影響地表移動持續時間預測準確性等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，包括如下步驟：

步驟(1)：以工作面開采是否充分進行劃分，計算煤炭不同開采階段對應的拱結構軌跡方程，計算拱結構閉合形成的面積S_g；

步驟(2)：在工作面主斷面布設觀測線并定期觀測，依據實測數據，繪制地表走向主斷面的下沉曲線，將地表下沉曲線分為多個截面，基于微分思想，計算地表下沉曲線閉合形成的面積S_d；

步驟(3)：計算損傷體積比α；