CN103902780B - 固体充填采煤地表变形预计方法 - Google Patents

Abstract

一种固体充填采煤地表变形预计方法，属于采矿技术中的地表变形预计方法。该方法在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立一种基于等价采高的概率积分地表变形预计模型；根据矿区地质条件确定模型的预计参数，然后根据充填采煤岩层移动控制的基本原理，确定一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e，再将一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e与预计参数代入预计模型求出该充实率条件下地表变形预计值，即最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀及最大水平变形值ε₀；该方法在实际运用时只需要确定预计模型的预计参数及一定充实率控制的最大等价采高，便可计算出地表变形预计值。此预计方法简单易行，成本低，具有广泛的实用性。

Description

固体充填采煤地表变形预计方法

技术领域

本发明涉及一种采矿技术中的地表变形预计方法，特别是一种固体充填采煤地表变形预计方法。

背景技术

在固体充填采煤技术中，矸石、粉煤灰、黄土及风积沙等固体废弃物通过地面运输系统、固体充填物料垂直投放系统输送至井下，然后通过井下运输系统直接充填于采空区。由于采空区充填体作为主要支撑承载了上覆岩层的大部分载荷，从而限制了上覆岩层的移动，将上覆岩层的移动破坏特征从“三带”(垮落带、裂隙带及弯曲下沉带)变为“两带”(裂隙带、弯曲下沉带)，有效地控制了地表变形情况。而地表变形预计是矿山开采沉陷学的核心内容之一，它对国家经济建设、环境保护和在建筑物、铁路和水体下(“三下”)采煤都有着十分重要的意义。因此，如果能够及时掌握固体充填采煤后地表变形预计方法，不仅有助于提高充填效果，确定充实率控制指标，而且也可以为保护地面建(构)筑物、水体下安全开采设计和防护设计提供技术支持。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种预计方法简单、准确的固体充填采煤地表变形预计方法。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：固体充填采煤地表变形预计方法，在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立一种基于等价采高的概率积分地表变形预计模型；根据矿区地质条件确定模型的预计参数，然后根据充填采煤岩层移动控制的基本原理，确定一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e，再将一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e与预计参数代入预计模型求出该充实率条件下地表变形预计值，即最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀及最大水平变形值ε₀；具体方法如下：

(1)在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立基于等价采高的概率积分法地表变形预计模型：

a.最大下沉值W₀：

W₀＝M_eqcosα

b.最大倾斜值i₀：

$i_0=\frac{W_0}{r}$

c.最大曲率值K₀：

$K_0=\±1.52\frac{W_0}{r^2}$

d.最大水平变形值ε₀：

${\mathrm{\ϵ}}_0=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_0}{r}$

式中：r为地表影响半径，H为采空区走向边界采深，q为下沉系数，α为煤层倾角，b为水平移动系数；

(2)分析矿区地质条件，即煤层的开采厚度M、倾角α，采空区走向边界采深H；

(3)根据地表变形实测参数，对关键预计参数进行修正，确定预计模型的预计参数：下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切值tanβ、开采影响传播角θ、拐点偏移距s；

(4)根据一定充实率控制指标，得到该一定充实率下最大等价采高M_e的计算公式：

(5)将该一定充实率控制的最大等价采高值及预计参数代入预计模型，求出固体充填后地表变形预计值：最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀、及最大水平变形值ε₀。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明的固体充填采煤地表变形预计方法，是一种基于等价采高的概率积分地表变形预计模型，在实际运用时只需要确定预计模型的预计参数及一定充实率控制的最大等价采高，便可计算出地表变形预计值。为固体充填采煤中的地表建(构)筑物变形预计提供技术支持。此预计方法简单易行，成本低，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明固体充填采煤地表变形预计方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

实施例1：固体充填采煤地表变形预计方法，在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立一种基于等价采高的概率积分地表变形预计模型；根据矿区地质条件确定模型的预计参数，然后根据充填采煤岩层移动控制的基本原理，确定一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e，再将一定充实率条件下控制的最大等价采高M_e与预计参数代入预计模型求出该充实率条件下地表变形预计值，即最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀及最大水平变形值ε₀；具体方法如下：

(1)在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立基于等价采高的概率积分法地表变形预计模型：

a.最大下沉值W₀：

W₀＝M_eqcosα

b.最大倾斜值i₀：

$i_0=\frac{W_0}{r}$

c.最大曲率值K₀：

$K_0=\±1.52\frac{W_0}{r^2}$

d.最大水平变形值ε₀：

${\mathrm{\ϵ}}_0=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_0}{r}$

式中：r为地表影响半径，H为采空区走向边界采深，q为下沉系数，α为煤层倾角，b为水平移动系数；

(2)分析矿区地质条件，即煤层的开采厚度M、倾角α，采空区走向边界采深H；

(3)根据地表变形实测参数，对关键预计参数进行修正，确定预计模型的预计参数：下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切值tanβ、开采影响传播角θ、拐点偏移距s；

(4)根据一定充实率控制指标，得到该一定充实率下最大等价采高M_e的计算公式：

(5)将该一定充实率控制的最大等价采高值及预计参数代入预计模型，求出固体充填后地表变形预计值：最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀、及最大水平变形值ε₀。

实施例2：以某矿建筑群下固体充填采煤工程为例进行等价采高与地表变形的工程实践验证。设计首采面为1316充填采煤工作面，充填材料为井下掘进矸石。

(1)首先建立基于固体密实充填等价采高的概率积分预计模型；

a.最大下沉值W₀：

W₀＝M_eqcosα

b.最大倾斜值i₀：

$i_0=\frac{W_0}{r}$

式中r为地表主要影响半径，

c.最大曲率值K₀：

$K_0=\±1.52\frac{W_0}{r^2}$

d.最大水平变形值ε₀：

${\mathrm{\ϵ}}_0=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_0}{r}$

(2)通过分析1316首采工作面采矿地质条件，得到煤层的开采厚度M为2.5m、倾角α为12°，采空区走向平均采深H为800m；

(3)参考该采区邻近工作面垮落法开采时的地表移动参数，对关键预计参数进行修正，确定固体充填采煤地表沉陷预计参数分别是下沉系数q为0.93、水平移动系数b为0.30、主要影响角正切值tanβ为1.6、开采影响传播角θ为84、拐点偏移距s为10；

(4)1316首采工作面的充实率控制在87.2％情况下得到的最大等价采高

(5)将(3)中的预计参数和(4)中的等价采高代入预计模型，得到地表变形预计值，如表1：

表1地表变形预计值

Claims (2)

1.一种固体充填采煤地表变形预计方法，其特征是：在固体充填采煤岩层和地表变形特征分析的基础上，建立一种基于等价采高的概率积分地表变形预计模型；根据矿区地质条件确定模型的预计参数，然后根据充填采煤岩层移动控制的基本原理，确定一定充实率控制的最大等价采高M_e，将该充实率控制的最大等价采高M_e及预计参数代入预计模型求出该充实率条件下地表变形预计值，即最大下沉值W₀、最大倾斜值i₀、最大曲率值K₀、及最大水平变形值ε₀；

所述的等价采高的概率积分法地表变形预计模型为：

a.最大下沉值W₀：

W₀＝M_eqcosα

b.最大倾斜值i₀：

$i_0=\frac{W_0}{r}$

式中r为地表影响半径，

c.最大曲率值K₀：

$K_0=\±1.52\frac{W_0}{r^2}$

d.最大水平变形值ε₀：

${\mathrm{\ϵ}}_0=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_0}{r}$

采矿地质条件具体包括煤层的开采厚度M、倾角α，采空区走向边界采深H；

预计参数包括下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切值tanβ、开采影响传播角θ、拐点偏移距s。

2.根据权利要求1所述的一种固体充填采煤地表变形预计方法，其特征在于：所述的一定充实率控制的最大等价采高M_e的计算公式：