CN111366129A - 关键层破断区域确定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种关键层破断区域确定方法，其包括：确定地表快速沉降区域；获取岩石移动角；确定关键层位置；将地表快速沉降区域的边缘线按照所述岩石移动角向所述关键层延伸，延伸后的边缘线与所述关键层相交形成边界线，所述边界线内的区域为关键层破断区域。利用本申请无需通过打钻方式圈定关键层破断区域，可节省关键层破断区域的确定时间，提高确定效率，降低确定成本。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿技术领域，具体涉及一种关键层破断区域确定方法。
背景技术
关键层是指对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。关键层为上覆岩层中的主要压力承载结构，关键层的破断将会对整个采空区压力分布产生直接的影响。
目前，判别关键层的主要依据是岩石的变形和破断特征，而岩石的变形和破断，以及关键层破断区域主要依靠打钻的方式圈定。技术研发人员在实现本申请的过程中发现，通过打钻方式确定关键层破断区域的方法时间较长，效率较低，很难及时确定破断区域，而且成本较高。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种关键层破断区域确定方法，以解决上述技术问题。
本申请提出一种关键层破断区域确定方法，其包括：确定地表快速沉降区域；获取岩石移动角；确定关键层位置；将地表快速沉降区域的边缘线按照所述岩石移动角向所述关键层延伸，延伸后的边缘线与所述关键层相交形成边界线，将所述边界线内的区域作为关键层破断区域。
可选地，确定地表快速沉降区域之前，还包括：在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面推进方向布设第一走向观测线、第二走向观测线和第三走向观测线；将第二走向观测线布设于采煤工作面的中间位置，将第一走向观测线和第三走向观测线布设于第二走向观测线两侧；将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为0.3H0，其中，H0为采煤工作面距离地表的平均高度；在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面倾斜方向布设第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线，其中，第一倾向观测线距切眼0.3H0，第二倾向观测线距切眼0.7H0，第三倾向观测线距切眼1.4H0；在第一走向观测线、第二走向观测线、第三走向观测线、第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线上均布设多个观测点。
可选地，确定地表快速沉降区域包括：获取每个观测点的沉降速度；当沉降速度大于预定阈值时，该观测点为快速沉降点；将所有快速沉降点连接起来，得到地表快速沉降区域。
可选地，还包括：采煤工作面回采前，对所有观测点进行三等水准联测，并以任一观测点的GPS高程作为起算点，计算剩余观测点的高程。
可选地，还包括：在每次矿井下出现涌水后，对各观测线进行加密水准观测。
可选地，还包括：地表沉降进入活跃期时，至少每周对各观测线进行一次水准观测。
可选地，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为0.3H0之后，还包括：检测0.3H0是否大于采煤工作面的四分之一宽度值；若大于，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为四分之一采煤工作面宽度值。
可选地，还包括：将关键层破断区域和地表快速沉降时采煤工作面的位置相叠加，得到关键层破断区域在采煤工作面上方的位置。
可选地，获取岩石移动角包括：获取采煤工作面上方覆盖物的水平方向总岩移量H1；获取地表松散层的水平方向移动量H2；获取采煤工作面上覆岩体的竖直方向岩石移动量H3；岩石移动角θ＝arctan[H3/(H1-H2)]。
可选地，确定关键层位置包括：根据采煤工作面上覆岩体的岩芯分析，由下往上确定上覆岩体中的坚硬岩层位置；采用两端固支梁模型计算各坚硬岩层的破断距；对各坚硬岩层的破断距进行比较，确定关键层位置。
本申请提供的关键层破断区域确定方法通过确定地表快速沉降区域和关键层位置，按照岩石移动角将地表快速沉降区域边界线延伸至关键层从而得到关键层破断区域，无需通过打钻方式圈定关键层破断区域，可节省关键层破断区域的确定时间，提高确定效率，降低确定成本。
附图说明
图1是本申请的关键层破断区域确定方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的关键层破断区域确定方法的流程图，如图1所示，本申请提供的关键层破断区域确定方法，其包括：
S100，确定地表快速沉降区域；
地表快速沉降区域的沉降速度要大于普通沉降区域的沉降速度。
S200，获取岩石移动角；
在充分采动的情况下，地表沉降区域会形成沉降盆地，沉降盆地主断面上临界变形值的点和采空区边界点的连线与水平线之间在采空区外侧的夹角称为岩层移动角。
S300，确定关键层位置；
关键层的确定可通过现有的方式进行确定。
S400，将地表快速沉降区域的边缘线按照所述岩石移动角向所述关键层延伸，延伸后的边缘线与所述关键层相交形成边界线，将所述边界线内的区域作为关键层破断区域。
每个地表快速沉降区域对应一个关键层破断区域。关键层破断区域确定后，可以计算关键层破断区域面积等参数。
本申请提供的关键层破断区域确定方法通过确定地表快速沉降区域和关键层位置，按照岩石移动角将地表快速沉降区域边界线延伸至关键层从而得到关键层破断区域，无需通过打钻方式圈定关键层破断区域，可节省关键层破断区域的确定时间，提高确定效率，降低确定成本。
进一步地，S100，确定地表快速沉降区域之前，还包括：
S010，在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面推进方向布置第一走向观测线、第二走向观测线和第三走向观测线；
S020，将第二走向观测线布置于采煤工作面的中间位置，第一走向观测线和第三走向观测线位于第二走向观测线两侧；
第二走向观测线在煤层的垂直投影位于采煤工作面的中间位置。
S030，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为0.3H0；
其中，H0为采煤工作面距离地表的平均高度；
S040，检测0.3H0是否大于采煤工作面的四分之一宽度值；
S050，若大于，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为四分之一采煤工作面宽度值。
此时，第一走向观测线、第二走向观测线和第三走向观测线在采煤工作面上均匀布置。
S060，在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面倾斜方向布置第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线；
第一倾向观测线距切眼0.3H0，第二倾向观测线距切眼0.7H0，第三倾向观测线距切眼1.4H0；
S070，在第一走向观测线、第二走向观测线、第三走向观测线、第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线均布设多个观测点。
观测点的间距可根据需要进行布设。
通过沿采煤工作面推进方向布置三条观测线，严采煤工作面倾斜方向布设三条观测线，可精确地确定地表快速沉降区域，提高关键层破断区域的确定效率，节省确定时间，降低成本。
较佳地，S100，确定地表快速沉降区域包括：
S110，获取每个观测点的沉降速度；
沉降速度与观测周期和观测方法有关，其中，根据观测区域所处的下沉时期制定观测周期。
地表移动变形的行动初始期进行连续观测：在采煤工作面推进位置接近各观测线的观测点时，地表开始移动，称为行动初始期。
由于大采高综采工作面正常回采速度平均每天约12m，地表移动变形初始期非常短，地表变形启动很难精确捕捉。
为适应新采煤工艺下地表变形启动的准确时间，可在切眼及其附近架设3-4个GPS(Global Positioning System，全球定位系统)连续观测站，对切眼附近地表沉降情况进行实时远程监控。
也可在采煤工作面回采开始时，周期性对切眼附近沿走向方向的3-4个观测点进行水准连续观测。如发现相互高差有变化，应及时连续监测观测点，取得变化点的绝对高程。
地表移动变形的活跃期应增加观测频率：在采煤工作面推进到各测线上的观测点位置时，地表沉降进入活跃期。
活跃期内至少每周对各观测线进行一次水准观测，薄基岩工作面应增加观测频率。
在此基础上，为能更加准确的反映出井下采掘活动对地表破坏的动态影响，每次井下出现较大矿压或涌水后，都要对观测线进行加密水准观测。
加密水准观测，即在原有水准观测的相邻水准观测点之间增加水准观测点，进行水准观测。其中，较大矿压是指大于平均矿压的矿压。
在另一个具体实施例中，加密水准观测也可通过增加观测频率实现，例如，至少每隔2小时对活跃区进行一次水准观测，直至来压结束。
观测线平面位置观测应在工作面推进至0.7H0、1.4H0、及活跃期结束后各观测一次。
衰退期应延长观测周期：在工作面推过观测点一定距离后，沉降速度变得缓慢，为衰退期。
在衰退期内，应每月对观测线进行一次水准观测直至稳沉。地表稳沉后，需进行最后一次平面位置观测工作。
平面位置观测可采用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)快速静态模式。流动站连接CORS站(Continuously Operating ReferenceStations，连续运行参考站)实时网络差分。
采煤工作面回采前，应对所有观测点进行三等水准联测，以任意一个观测点的GPS高程作为起算点计算其余观测点高程。这些观测点的高程作为观测工作的起算数据应定期进行连测，以保证数据的准确性。
其中，山区三等水准测量是指环线闭合差不大于
毫米。L为环线长度，单位为公里，山区指高程超过1000m的地区。
日常的水准测量可按四等水准测量标准进行。其中，山区四等水准测量环线是指闭合差不大于
毫米。L为环线长度，单位为公里，山区指高程超过1000m的地区实施。
S120，当沉降速度大于预定阈值时，该观测点为快速沉降点；
例如，沉降速度为55m/d，预定阈值为50m/d，则该观测点为快速沉降点。
S130，将所有快速沉降点连接起来，得到地表快速沉降区域。
通过实时监测各观测点的沉降速度，可快速地圈定地表快速沉降区域。
优选地，关键层破断区域确定方法，其还包括：
将关键层破断区域和地表快速沉降时采煤工作面的位置相叠加，得到关键层破断区域在采煤工作面上方的位置，从而为顶板来压规律分析提供参照，以便更好地分析来压规律。
进一步地，S200，获取岩石移动角包括：
S210，获取采煤工作面上方覆盖物的水平方向总岩移量H1；
水平方向总岩移量H1可以由现场观测得到。
S220，获取地表松散层的水平方向移动量H2；
地表松散层为第四系与新近系地层，主要由土质、砂、砾石、卵石层等组成。地表松散层的水平方向移动量H2也可由现场观测得到。
S230，获取采煤工作面上覆岩体的竖直方向岩石移动量H3；
其中，上覆岩体是指煤层顶板到松散层地板之间的岩层。该岩石移动量H3也可由现场观测得到。
S240，岩石移动角θ＝arctan[H3/(H1-H2)]。
通过水平方向总岩移量H1、地表松散层的水平方向移动量H2、竖直方向岩石移动量H3计算岩石移动角，可简化计算过程，更快地得出岩石移动角。
可选地，S300，确定关键层位置，包括：
S310，根据采煤工作面上覆岩体的岩芯分析，由下往上确定上覆岩体中的坚硬岩层位置；
坚硬岩层是指挠度小于其下部岩层，而不与其下部岩层协调变形的岩层。通过打钻的方式，获取采煤工作面上覆岩体的岩芯。其中，“下”是指靠近采煤工作面的方向，“上”为靠近地表的方向。
S320，采用两端固支梁模型计算各坚硬岩层的破断距；
其中，两端固支梁模型为现有模型。
S330，对各坚硬岩层的破断距进行比较，确定关键层位置。
若某一坚硬岩层为关键层，则关键层的破断距小于其上部所有坚硬岩层的破断距。
通过两端固支梁模型计算破断距，然后再根据破断距比较，确定关键层位置，可简化计算方式，更快地得出关键层位置。
以上，结合具体实施例对本申请的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本申请的思想。本领域技术人员在本申请具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本申请保护范围之内。
Claims (10)
1.一种关键层破断区域确定方法，其特征在于，包括：
确定地表快速沉降区域；
获取岩石移动角；
确定关键层位置；
将地表快速沉降区域的边缘线按照所述岩石移动角向所述关键层延伸，延伸后的边缘线与所述关键层相交形成边界线，将所述边界线内的区域作为关键层破断区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定地表快速沉降区域之前，还包括：
在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面推进方向布设第一走向观测线、第二走向观测线和第三走向观测线；
将第二走向观测线布设于采煤工作面的中间位置，将第一走向观测线和第三走向观测线布设于第二走向观测线两侧；
将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为0.3H0，其中，H0为采煤工作面距离地表的平均高度；
在采煤工作面上方的地表沿采煤工作面倾斜方向布设第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线，其中，第一倾向观测线距切眼0.3H0，第二倾向观测线距切眼0.7H0，第三倾向观测线距切眼1.4H0；
在第一走向观测线、第二走向观测线、第三走向观测线、第一倾向观测线、第二倾向观测线和第三倾向观测线上均布设多个观测点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定地表快速沉降区域包括：
获取每个观测点的沉降速度；
当沉降速度大于预定阈值时，该观测点为快速沉降点；
将所有快速沉降点连接起来，得到地表快速沉降区域。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
采煤工作面回采前，对所有观测点进行三等水准联测，并以任一观测点的GPS高程作为起算点，计算剩余观测点的高程。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
在每次矿井下出现涌水后，对各观测线进行加密水准观测。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
地表沉降进入活跃期时，至少每周对各观测线进行一次水准观测。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为0.3H0之后，还包括：
检测0.3H0是否大于采煤工作面的四分之一宽度值；
若大于，将第一走向观测线与左侧顺槽边界线、第三走向观测线与右侧顺槽边界线距离均设置为四分之一采煤工作面宽度值。
8.如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，还包括：
将关键层破断区域和地表快速沉降时采煤工作面的位置相叠加，得到关键层破断区域在采煤工作面上方的位置。
9.如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，获取岩石移动角包括：
获取采煤工作面上方覆盖物的水平方向总岩移量H1；
获取地表松散层的水平方向移动量H2；
获取采煤工作面上覆岩体的竖直方向岩石移动量H3；
岩石移动角θ＝arctan[H3/(H1-H2)]。
10.如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，确定关键层位置包括：
根据采煤工作面上覆岩体的岩芯分析，由下往上确定上覆岩体中的坚硬岩层位置；
采用两端固支梁模型计算各坚硬岩层的破断距；
对各坚硬岩层的破断距进行比较，确定关键层位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200703 |