CN112525148B - 一种采空区变形范围的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采空区变形范围的确定方法，所述方法包括：根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围。本发明的采空区变形范围的确定方法，容易实施，工作量小。

Description

一种采空区变形范围的确定方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种采空区变形范围的确定方法。

背景技术

越来越多的高速铁路、高速公路、市政道路等基础设施需要穿越采空区。由于地下采空区一般都具有隐蔽性，加之往往开采时间比较长，无法确定准确的采空区原始范围。并且，除了采空区原始范围外，在采空区原始范围外的采空区变形范围，也会对建设工程产生重大影响。采空区变形范围也叫采空区危险移动区或采空区移动盆地，是指受到采空区原始范围的影响，而导致岩土体持续变形、岩土体稳定性差的区域。为了保证基础设施的安全和稳定运营，一般的做法是根据采空区的原始范围，测算出采空区变形范围。

但是，测算出采空区变形范围，传统做法需要建立地表移动监测网，这是一个庞大的工程，需要对地表进行网格状的地表监测，难度大，工作量大，监测周期长。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种采空区变形范围的确定方法，容易实施，工作量小。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种采空区变形范围的确定方法，所述方法包括：

根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；

获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；

根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；

连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围。

上述方案中，在所述根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置之前，所述方法还包括：

根据采空区原始范围大小及岩土体物理性质，确定探测孔的数量及分布。

上述方案中，所述获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值，包括：

根据岩土体的物理性质，获取在所述探测孔内需测量沉降的多个测量点；

对多个所述测量点分别测量沉降，获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值。

上述方案中，所述对多个所述测量点分别测量沉降，包括：

通过基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，对多个所述测量点分别测量沉降。

上述方案中，所述根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列；

根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度；

根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

上述方案中，所述将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列，包括：

采用作图法，以所述探测孔的中心线为基准，将每个沉降值以参考点的形式排列在远离采空区的探测孔外；所述参考点与所述探测孔中心线的间距为所述沉降值，所述参考点的深度与所述沉降值对应的深度一致。

上述方案中，所述根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度，包括：

采用作图法，将所述排列中的各个参考点连接起来，形成一条包括多个弯折的曲线；

根据所述曲线的轨迹中心，模拟出一条沉降趋势直线；

将所述沉降趋势直线中倾斜于所述探测孔中心线的一段作为变形段；

将所述变形段的纵向深度作为所述探测孔内采空区的变形深度。

上述方案中，所述根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

根据所述探测孔深度、所述变形深度、所述探测孔与采空区原始范围的间距，确定采空区的移动角；

根据所述移动角，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

本发明实施例提供的采空区变形范围的确定方法，包括：根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围；可见，本发明实施例，通过探测孔及探测孔内的多个沉降值，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，继而获取采空区变形范围，容易实施，工作量小。

本发明实施例的其它有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本发明实施例的一部分附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例采空区变形范围的确定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例采空区变形范围的确定方法中探测孔在采空区原始范围外的分布示意图；

图3为本发明实施例采空区变形范围的确定方法中采用作图法排列探测孔深度方向各个点的沉降值的示意图；

图4为本发明实施例采空区变形范围的确定方法中采用作图法确定所述探测孔外的采空区变形临界点的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种采空区变形范围的确定方法，所述方法包括：

根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；

获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；

根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；

连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围。

本发明实施例的采空区变形范围的确定方法，通过探测孔及探测孔内的多个沉降值，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，继而获取采空区变形范围。容易实施，工作量小。即相比现有技术，探测孔的数量比较少，工作量小。而且也更适合于铁路、公路等带状或狭长等大面积区域的采空区变形范围确定。

这里，确定探测孔位置之后，还有一个步骤就是钻探测孔，钻的深度一般为大于或等于采空区原始深度。

在本发明的另一些实施例中，在所述根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置之前，所述方法还包括：

根据采空区原始范围大小及岩土体物理性质，确定探测孔的数量及分布。

这里，采空区原始范围大的，或者岩土体物理性质不太稳定的，需要更多的探测孔数量，反之，探测孔的数量少一些即可。不过一般至少需要四个，周向环绕分布在采空区原始范围外。这样，能进一步减少工作量，是更佳的实施方式。

进一步地，如果设置足够多的探测孔，可以实现比现有技术更高的准确度。

在本发明的另一些实施例中，所述获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值，包括：

根据岩土体的物理性质，获取在所述探测孔内需测量沉降的多个测量点；

对多个所述测量点分别测量沉降，获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值。

这里，岩土体的物理性质稳定的，所述探测孔内需测量沉降的测量点数量少一些，否则多一些。这样，能进一步减少工作量，是更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述对多个所述测量点分别测量沉降，包括：

通过基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，对多个所述测量点分别测量沉降。通过分布式光纤的岩土体变形监测装置，可以更准确测量，且测量工作量小，并且也能通过智能设备，如电脑实时监测、自动记录数据，是更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列；

根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度；

根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。在采空区的影响下，深度越深的，沉降越小，因此根据沉降值，可以获取采空区的变形深度。这是科学总结，也是获取采空区的变形深度的更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列，包括：

采用作图法，以所述探测孔的中心线为基准，将每个沉降值以参考点的形式排列在远离采空区的探测孔外；所述参考点与所述探测孔中心线的间距为所述沉降值，所述参考点的深度与所述沉降值对应的深度一致。

通过作图法，可以准确、快捷的获取多个沉降值按竖直方向顺序的排列，是更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度，包括：

采用作图法，将所述排列中的各个参考点连接起来，形成一条包括多个弯折的曲线；

根据所述曲线的轨迹中心，模拟出一条沉降趋势直线；

将所述沉降趋势直线中倾斜于所述探测孔中心线的一段作为变形段；

将所述变形段的纵向深度作为所述探测孔内采空区的变形深度。

通过作图法，可以准确、快捷的获取所述探测孔内采空区的变形深度，是更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

根据所述探测孔深度、所述变形深度、所述探测孔与采空区原始范围的间距，确定采空区的移动角；

根据所述移动角，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

通过获取采空区的移动角确定探测孔外的采空区变形临界点，是更准确、便捷的方式，是更佳的实施方式。

为更清楚的了解本发明，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。并且，下面描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种采空区变形范围的确定方法，所述方法包括：

步骤101：根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；

具体地，可以通过查阅、收集当地矿管、国土等部门存档煤矿相关资料，还可以采用导航系统、水准仪等仪器，获得区域现地面标高，同时调查记录地形、地貌、地面斑裂、建筑物裂缝等情况,并对比分析原有与现有的地面标高情况，初步圈定采空区原始范围。

进一步地，在所述根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置之前，所述方法还包括：

根据采空区原始范围大小及岩土体物理性质，确定探测孔的数量及分布。

即采空区原始范围大的，或者岩土体物理性质不太稳定的，需要更多的探测孔数量，反之，探测孔的数量少一些即可。不过一般至少需要四个，周向环绕分布在采空区原始范围外。

具体地，探测孔的位置可以根据采空区原始深度H确定，例如，探测孔的位置可以在采空区原始范围外1/3～1/2H处。探测孔的位置确定可以参见图4，即OE≈1/3～1/2H。

如图2所示，可以在采空区原始范围外选择四个探测孔：O₁、O₂、O₃和O₄，图2仅示意，实际中的探测孔数量和分布需要根据上述条件确定。

在确定探测孔位置之后，还有一个步骤就是钻探测孔，钻的深度一般为大于或等于采空区原始深度。参见图3、图4的深度H。

步骤102：获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；

具体地，所述获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值，包括：

根据岩土体的物理性质，获取在所述探测孔内需测量沉降的多个测量点；

对多个所述测量点分别测量沉降，获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值。

即岩土体的物理性质稳定的，所述探测孔内需测量沉降的测量点数量少一些，否则多一些。

进一步地，所述对多个所述测量点分别测量沉降，包括：

通过基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，对多个所述测量点分别测量沉降。

步骤103：根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；

在本发明的另一些实施例中，所述根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列；

根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度；

根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

具体地，所述将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列，包括：

采用作图法，以所述探测孔的中心线为基准，将每个沉降值以参考点的形式排列在远离采空区的探测孔外；所述参考点与所述探测孔中心线的间距为所述沉降值，所述参考点的深度与所述沉降值对应的深度一致。

具体地，所述根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度，包括：

采用作图法，将所述排列中的各个参考点连接起来，形成一条包括多个弯折的曲线；

根据所述曲线的轨迹中心，模拟出一条沉降趋势直线；

将所述沉降趋势直线中倾斜于所述探测孔中心线的一段作为变形段；

将所述变形段的纵向深度作为所述探测孔内采空区的变形深度。

上述获取探测孔内采空区的变形深度的过程，可以参见图3。图3中，0为原点，横轴为沉降，单位为mm，纵轴为深度，单位为m。A点为沉降趋势直线与纵轴的交点，B点为沉降趋势直线与横轴的交点，OA的长度为需要获取的变形深度。

在本发明的另一些实施例中，所述根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

根据所述探测孔深度、所述变形深度、所述探测孔与采空区原始范围的间距，确定采空区的移动角；

根据所述移动角，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

上述确定采空区变形临界点的过程，可以参见图4。图4中，0为原点，横轴为沉降，单位为mm，纵轴为深度，单位为m。ED(即H)为采空区深度，ED左边为采空区原始范围，ED右边为采空区变形范围。OA所在的直线为探测孔，A点为沉降趋势直线与纵轴的交点，B点为沉降趋势直线与横轴的交点，OA为变形深度。连接D、A两点，得到θ角，θ为移动角，DA的连线延伸到横轴相交于C点，C点为采空区变形临界点。EC可以认为是在某一个方向上，采空区对外影响的采空区变形范围。如果将所有的临界点连接起来，就能形成一个封闭的采空区变形范围，参见下一步骤。

另外，E点的确定，除了作图法之外，也可以通过三角函数公式计算，具体包括：

由于ED是采空区原始范围的界线，是已知的，通过沉降趋势直线可以求得A点，将A、D两点连接，即得到移动角θ的计算公式：

计算出移动角θ之后，可以得到：

步骤104：连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围。

连接的方式，可以参照采空区原始范围的轮廓，光滑连接各个临界点。也可以适当向外扩展一些，即通过向外凸的圆弧连接各个临界点，这样，更安全。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。

应理解，说明书通篇中提到的“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置；

获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值；

根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点；

连接多个所述探测孔外的采空区变形临界点，获取采空区变形范围；

其中，所述根据探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值和探测孔深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列；

根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度；

根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

2.根据权利要求1所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，在所述根据获取的采空区原始范围，确定探测孔位置之前，所述方法还包括：

根据采空区原始范围大小及岩土体物理性质，确定探测孔的数量及分布。

3.根据权利要求2所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值，包括：

根据岩土体的物理性质，获取在所述探测孔内需测量沉降的多个测量点；

对多个所述测量点分别测量沉降，获取探测孔内岩土体在竖直方向的多个沉降值。

4.根据权利要求3所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述对多个所述测量点分别测量沉降，包括：

通过基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，对多个所述测量点分别测量沉降。

5.根据权利要求1所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述将所述探测孔内岩土体的多个沉降值按竖直方向顺序排列，包括：

采用作图法，以所述探测孔的中心线为基准，将每个沉降值以参考点的形式排列在远离采空区的探测孔外；所述参考点与所述探测孔中心线的间距为所述沉降值，所述参考点的深度与所述沉降值对应的深度一致。

6.根据权利要求5所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述根据所述排列，获取在所述探测孔内采空区的变形深度，包括：

采用作图法，将所述排列中的各个参考点连接起来，形成一条包括多个弯折的曲线;

根据所述曲线的轨迹中心，模拟出一条沉降趋势直线；

将所述沉降趋势直线中倾斜于所述探测孔中心线的一段作为变形段；

将所述变形段的纵向深度作为所述探测孔内采空区的变形深度。

7.根据权利要求6所述的采空区变形范围的确定方法，其特征在于，所述根据所述探测孔深度和所述变形深度，确定所述探测孔外的采空区变形临界点，包括：

根据所述探测孔深度、所述变形深度、所述探测孔与采空区原始范围的间距，确定所述采空区的移动角；

根据所述移动角，确定所述探测孔外的采空区变形临界点。

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