CN114858128B - 采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置 - Google Patents
采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置，该方法包括：获取地表残余下沉总量，并将采空塌陷区进行划分，以获取弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，然后对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，进而获取弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带目标光纤定点间距及裂缝带目标光纤定点间距。由此，本申请提供了一种“非等距定点式”光纤监测设计方法，有效结合采空塌陷地层残余变形分布特征及定点光纤变形监测特点，克服了因采空塌陷“等距定点式”光纤监测而被拉断或监测精度低的缺陷，提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平。
Description
技术领域
本申请涉及轧制工艺控制技术领域，尤其涉及采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置。
背景技术
煤炭资源高强度开采形成了大面积采空塌陷区，随着我国土地资源日益紧张，大量的基础建设如公路、铁路、桥梁、隧道、水库大坝、电厂、选煤厂、煤矿工业场地、高层及超高层等建(构)筑物不得不建在采空塌陷区上，利用采空塌陷区深部岩层监测技术对采空塌陷稳定性进行判别、治理工程质量进行评定，是一项十分重要的工作内容。
与传统、常规的岩层内部位移计、测斜仪等点式监测技术相比，光纤监测具有可获得采空塌陷区全断面变形、监测精度高、自动化程度高等技术优势，越来越广泛地应用于采空塌陷领域，有着极大的应用价值及前景。
相关技术中，采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降监测多采用“等距定点式”光纤监测技术，将采空塌陷地层的残余变形总量均匀地预计在两个固定点之间，等距分段监测地层中的残余变形量。但是，采空塌陷的地层具有显著的分带特征，覆岩自上而下划分弯曲下沉带、裂缝带、垮落带(称为“三带”)，覆岩“三带”地层中残余变形是非连续、非均匀的，常用采用“等距定点”光纤监测存在以下问题：(1)若定点距离小，光纤量程小，则垮落带岩层的残余变形总量极易超过定点光纤允许的变形量，导致光缆被拉断；(2)若定点距离大，光纤量程大，则对于弯曲下沉带岩层的微小残余变形，光纤无法精确感知变形位置，监测精度低。
由此，如何在采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计过程中提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平，已经成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，用于解决现有技术中存在的采空塌陷深部岩土体沉降监测水平较低的技术问题。
为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提供了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，该方法包括：。
另外，根据本申请上述实施例的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，所述根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量，包括：根据所述地质条件及所述采矿条件，获取所述采空塌陷区的煤层倾角；获取所述煤层倾角所处的第一煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第一煤层倾角区间，获取所述地表残余下沉总量。
根据本申请的一个实施例，所述获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度，包括：获取所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第二煤层倾角区间，获取所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，包括：响应于所述第二煤层倾角区间为第一目标区间，则根据所述采矿条件，获取所述垮落带发育高度；获取饱和单轴抗压强度，并根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，包括：响应于所述第二煤层倾角区间为第二目标区间，则根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述获取地表残余下沉总量之后，还包括：
根据所述地表残余下沉总量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带残余下沉量、所述裂缝带的裂缝带残余下沉量及所述垮落带的垮落带残余下沉量。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距，包括：获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带地层厚度之和、所述垮落带的垮落带下沉带地层厚度之和及所述裂缝带的裂缝带地层厚度之和；获取所述弯曲下沉带发育高度变形量与所述弯曲下沉带地层厚度之和的第一比值、所述裂缝带发育高度变形量与所述垮落带下沉带地层厚度之和的第二比值，以及所述垮落带发育高度变形量与所述裂缝带地层厚度之和的第三比值；根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距，包括：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均小于或者等于单位长度光纤允许变形值，则将预设间距作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带内残余裂缝最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述方法还包括：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均大于所述单位长度光纤允许变形值，则将所述弯曲下沉带地层厚度之和作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将所述垮落带地层厚度之和作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将所述裂缝带地层厚度之和作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
本申请公开了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置，该方法通过获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量，并将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度，然后根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，进而根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。由此，本申请提供了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降“非等距定点式”光纤监测设计方法，有效结合采空塌陷地层残余变形分布特征及定点光纤变形监测特点，克服了相关技术中因采空塌陷“等距定点式”光纤监测而被拉断或监测精度低的缺陷，提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平。
为了实现上述目的，本申请第二方面实施例提供了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置，该装置包括：第一获取模块，用于获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量；第二获取模块，用于将所述采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度；非线性分配模块，用于根据所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，对所述地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量；第三获取模块，用于根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
另外，根据本申请上述实施例的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，所述第一获取模块，还用于：根据所述地质条件及所述采矿条件，获取所述采空塌陷区的煤层倾角；获取所述煤层倾角所处的第一煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第一煤层倾角区间，获取所述地表残余下沉总量。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块，还用于：获取所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第二煤层倾角区间，获取所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块，还用于：响应于所述第二煤层倾角区间为第一目标区间，则根据所述采矿条件，获取所述垮落带发育高度；获取饱和单轴抗压强度，并根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块，还用于：响应于所述第二煤层倾角区间为第二目标区间，则根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块，还用于：根据所述地表残余下沉总量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带残余下沉量、所述裂缝带的裂缝带残余下沉量及所述垮落带的垮落带残余下沉量。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块，还用于：获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带地层厚度之和、所述垮落带的垮落带下沉带地层厚度之和及所述裂缝带的裂缝带地层厚度之和；获取所述弯曲下沉带发育高度变形量与所述弯曲下沉带地层厚度之和的第一比值、所述裂缝带发育高度变形量与所述垮落带下沉带地层厚度之和的第二比值，以及所述垮落带发育高度变形量与所述裂缝带地层厚度之和的第三比值；根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块，还用于：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均小于或者等于单位长度光纤允许变形值，则将预设间距作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带内残余裂缝最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块，还用于：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均大于所述单位长度光纤允许变形值，则将所述弯曲下沉带地层厚度之和作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将所述垮落带地层厚度之和作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将所述裂缝带地层厚度之和作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
为了实现上述目的，本申请第三方面实施例提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如本申请第一方面实施例中任一项所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法。
为了实现上述目的，本申请第四方面实施例提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行时实现如本申请第一方面实施例中任一项所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法。
附图说明
图1为本申请一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的方法示意图。
图2为本申请一个实施例公开的采空塌陷区划分的示意图。
图3为本申请另一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的方法示意图。
图4为本申请另一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的方法示意图。
图5为本申请另一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的方法示意图。
图6为本申请另一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的方法示意图。
图7为本申请一个实施例公开的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置的结构示意图。
图8为本申请实施例公开的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面参考附图描述本申请实施例的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法及装置。
图1是本申请公开的一个实施例的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法的流程示意图。
如图1所示，本申请实施例提出的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，具体包括以下步骤：
S101、获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量。
需要说明的是，本申请对于根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以根据地质条件及采矿条件，获取采空塌陷区的煤层倾角，进一步地，可以根据采空塌陷区的煤层倾角，获取地表残余下沉总量。
作为另一种可能的实现方式，可选地，可以将地质条件及采矿条件输入至训练好的地表残余下沉总量获取模型中，以输出与地质条件及采矿条件对应的地表残余下沉总量。
S102、将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度。
本申请实施例中，在获取地表残余下沉总量之后，可以根据采空塌陷区地质及采矿条件，确定弯曲下沉带、裂缝带及垮落带(又简称“三带”)的发育高度。
需要说明的是，本申请对于将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以将至少符合下列条件之一的区域划分为垮落带：突然掉钻且掉钻次数频繁；钻机速度时快时慢，有时发生卡钻或埋钻，钻机振动加剧现象；孔口水位突然消失；孔口有明显的吸风现象；岩芯破碎，层理、倾角紊乱，混杂有岩粉、淤泥、坑木、煤屑等；⑥瓦斯、煤层自燃等有害气体上涌。
可选地，可以将至少符合下列条件之一的区域划分为裂缝带：突然严重漏水或漏水量显著增加；钻孔水位明显下降；岩芯有纵向裂纹或陡倾角裂隙；钻孔有轻微吸风现象；瓦斯、煤层自燃等有害气体上涌；岩芯采取率小于75％。
可选地，可以将至少符合下列条件之一的区域划分为弯曲下沉带：全孔返水；无耗水量或耗水量小；取芯率大于75％；进尺平稳；岩芯完整，无漏水现象。
举例而言，如图2所示，可以将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带。其中，1为弯曲下沉带；2为裂缝带；3为垮落带；4为煤层；5为煤层底板；6为地表某点的下沉值W(x,y)；7为弯曲下沉带剩余下沉值Wsq；8为裂缝带残余下沉值Wsl；9为垮落带剩余下沉值Wsk；10为光纤定点；11为光纤；12为钻孔孔壁；13为弯曲下沉带光纤定点距离lq；14为裂隙沉带光纤定点距离ll；15为垮落带光纤定点距离lk；16为配重导头；17为受力钢丝绳。
进一步地，在将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带之后，可以获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度。
需要说明的是，本申请对于获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以获取顶板岩层岩性及饱和单轴抗压强度等参数，并根据煤层倾角、顶板岩层岩性及饱和单轴抗压强度等参数获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度。
S103、根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量。
需要说明的是，本申请对于根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，将地表残余下沉总量非线性地分配至覆岩“三带”地层中，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量。
S104、根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
本申请实施例中，在根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量之后，可以根据覆岩“三带”的不同变形量，分别计算出覆岩“三带”不同层位的光纤定点距离最小值。
需要说明的是，本申请中，在根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距时，假定覆岩“三带”中垮落带、裂缝带及弯曲下沉带各自的变形是均匀分布的。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以基于变形线性分布原则，根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
本申请提供的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，可以通过获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量，并将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度，然后根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，进而根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。由此，本申请提供了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降“非等距定点式”光纤监测设计方法，有效结合采空塌陷地层残余变形分布特征及定点光纤变形监测特点，克服了相关技术中因采空塌陷“等距定点式”光纤监测而被拉断或监测精度低的缺陷，提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平。
需要说明的是，本申请中，在根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量时，可以根据地质条件及采矿条件，获取采空塌陷区的煤层倾角，进一步地，可以根据采空塌陷区的煤层倾角，获取地表残余下沉总量。
作为一种可能的实现方式，如图3所示，在上述实施例的基础上，上述步骤S101中根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量的具体过程，包括以下步骤：
S301、根据地质条件及采矿条件，获取采空塌陷区的煤层倾角。
举例而言，根据地质条件甲及采矿条件甲，可以获取采空塌陷区的煤层倾角为35°。
S302、获取煤层倾角所处的第一煤层倾角区间。
需要说明的是，本申请中预先将煤层倾角划分为多个区间。例如，可以预先将煤层倾角划分为以下3个区间：小于15°为第一预设区间；大于或者等于15°且小于或者等于55°为第二预设区间；大于55°为第三预设区间。
举例而言，当获取到采空塌陷区的煤层倾角为35°时，可以获取煤层倾角所处的第一煤层倾角区间为第二预设区间。
S303、根据煤层倾角所处的第一煤层倾角区间，获取地表残余下沉总量。
本申请实施例中，在获取煤层倾角所处的第一煤层倾角区间之后，可以根据煤层倾角所处的第一煤层倾角区间，获取地表某点的下沉值W(x,y)，进而获取地表残余下沉总量。
下面分别针对第一煤层倾角区间处于第一预设区间、第二预设区间、第三预设区间的情况进行解释说明。
针对第一煤层倾角区间处于第一预设区间，可选地，可以根据以下公式获取地表某点的下沉值W(x,y)：
其中，x、y为点的坐标，D为开采煤层区域，r为影响半径。
针对第一煤层倾角区间处于第二预设区间，可选地，可以根据以下公式获取地表某点的下沉值W(x,y)：
针对第一煤层倾角区间处于第三预设区间，可选地，可以根据以下公式获取地表某点的下沉值W(x,y)：
进一步地，可以根据以下((4)～(6))公式进行获取地表残余下沉总量W：
Wcm＝M·q·cosα (4)
Wfm＝M·q·n·cosα (5)
W＝ηW(x,y) (6)
进一步地，本申请中，在获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度时，可以获取煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，进一步地，可以根据第二煤层倾角区间，获取“三带”的发育高度。
作为一种可能的实现方式，如图4所示，在上述实施例的基础上，上述步骤S103中获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度的具体过程，包括以下步骤：
S401、获取煤层倾角所处的第二煤层倾角区间。
需要说明的是，本申请中预先将煤层倾角划分为多个区间。例如，可以预先将煤层倾角划分为以下2个区间：小于55°为第四预设区间；大于或者等于55°为第五。
举例而言，当获取到采空塌陷区的煤层倾角为65°时，可以获取煤层倾角所处的第二煤层倾角区间为第五预设区间。
S402、根据煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度。
作为一种可能的实现方式，如图5所示，在上述实施例的基础上，上述步骤S402中根据煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度的具体过程，包括以下步骤：
S501、响应于第二煤层倾角区间为第一目标区间，则根据采矿条件，获取垮落带发育高度。
其中，第一目标区间可以根据本申请中预先划分的多个区间进行设定，例如，可以设定第一目标区间为第四预设区间。
此种情况下，可以根据表1获取垮落带最大高度，即垮落带发育高度Hm。
表1
S502、获取饱和单轴抗压强度，并根据饱和单轴抗压强度，获取裂缝带发育高度。
本申请实施例中，响应于第二煤层倾角区间为第一目标区间，则可以获取饱和单轴抗压强度，并根据饱和单轴抗压强度，获取裂缝带发育高度。
若设定第一目标区间为第四预设区间，此种情况下，可以根据表2获取裂缝带最大高度，即裂缝带发育高度Hli。
表2
进一步地，当煤层倾角α≥55°时，在获取到裂缝带发育高度及垮落带发育高度之后，可以获取弯曲下沉带发育高度。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以获取煤层埋深，并将煤层埋深减去裂缝带发育高度及垮落带发育高度，以获取地表到裂缝带顶部的距离，即弯曲下沉带发育高度。也就是说，可以通过以下公式进行获取：
弯曲下沉带发育高度＝煤层埋深-裂缝带发育高度-垮落带发育高度
S503、响应于第二煤层倾角区间为第二目标区间，则根据饱和单轴抗压强度，获取裂缝带发育高度及垮落带发育高度。
其中，第二目标区间可以根据本申请中预先划分的多个区间进行设定，例如，可以设定第二目标区间为第五预设区间。
此种情况下，可以根据表3获取垮落带高度及裂缝带高度，即垮落带发育高度Hm及裂缝带发育高度Hli。
表3
进一步地，当煤层倾角α＜55°时，在获取到裂缝带发育高度及垮落带发育高度之后，可以获取弯曲下沉带发育高度。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以获取煤层埋深，并将煤层埋深减去裂缝带发育高度及垮落带发育高度，以获取地表到裂缝带顶部的距离，即弯曲下沉带发育高度。也就是说，可以通过以下公式进行获取：
弯曲下沉带发育高度＝煤层埋深-裂缝带发育高度-垮落带发育高度
进一步地，本申请中，在获取地表残余下沉总量之后，可以根据地表残余下沉总量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带残余下沉量、裂缝带的裂缝带残余下沉量及垮落带的垮落带残余下沉量。
下面分别针对弯曲下沉带、裂缝带及垮落带进行解释说明。
针对弯曲下沉带，可以通过以下公式获取弯曲下沉带残余下沉量：
针对裂缝带，可以通过以下公式获取裂缝带残余下沉量：
/>
针对垮落带，可以通过以下公式获取弯曲下沉带残余下沉量：
进一步地，在根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距时，可以获取“三带”地层厚度，并根据“三带”地层厚度进行获取。
作为一种可能的实现方式，如图6所示，在上述实施例的基础上，根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距的具体过程，包括以下步骤：
S601、获取弯曲下沉带的弯曲下沉带地层厚度之和、垮落带的垮落带下沉带地层厚度之和及裂缝带的裂缝带地层厚度之和。
S602、获取弯曲下沉带发育高度变形量与弯曲下沉带地层厚度之和的第一比值、裂缝带发育高度变形量与垮落带下沉带地层厚度之和的第二比值，以及垮落带发育高度变形量与裂缝带地层厚度之和的第三比值。
S603、根据第一比值、第二比值和第三比值，获取弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带目标光纤定点间距及裂缝带目标光纤定点间距。
作为一种可能的实现方式，可选地，可以响应于第一比值、第二比值和第三比值均小于或者等于单位长度光纤允许变形值，则将预设间距作为弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带内残余裂缝最大张开度与单位长度光纤允许变形值的比值作为垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带最大张开度与单位长度光纤允许变形值的比值作为裂缝带目标光纤定点间距。
其中，预设间距可以根据实际情况进行设定，例如，可以设定预设间距为0.5米。
进一步地，响应于第一比值、第二比值和第三比值均大于单位长度光纤允许变形值，则将弯曲下沉带地层厚度之和作为弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带地层厚度之和作为垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带地层厚度之和作为裂缝带目标光纤定点间距。
举例而言，
针对弯曲下沉带，当时，则：lq≥0.5m；当/>时，则：lq≥∑hk (24)
针对裂缝带，当时，则：ll≥ΔLmax/ε；当/>时，则：lk≥∑hl (25)
针对垮落带，当时，则：lk≥ΔKmax/ε；当/>时，则：lk≥∑hi (26)
需要说明的是，定点光纤设计中，当覆岩“三带”相邻两“带”单位深度残余变形量超过单位长度光纤允许变形值ε时，则不适宜采用光纤传导技术对残余变形进行监测。
此外，当覆岩“三带”中某“带”单位深度残余变形量超过单位长度光纤允许变形值ε时，则将定点的位置向相邻“带”中进行移动，但被移至相邻“带”中的定点光纤最小定点距需要根据移动量重新校核计算。
进一步地，当光纤定点距离取计算值的最小值时可获得最大的监测精度，光纤定点距离加大时，可降低光纤监测过程被拉断的概率。
其中：所述q为下沉系数，可根据覆岩岩性选取，M为采出煤层法相厚度，x、y为点的坐标，D为开采煤层区域，G为开采空间，r(z)为深度z处的影响半径，α为开采煤层倾角，η综合剩余沉降系数。
其中：所述k为垮落岩石的碎胀系数。
其中：所述Hm为垮落带高度。fr为饱和单轴抗压强度(MPa)。∑M为累计开采厚度，单层开采M不超过3m，∑M＜15m，hc为开采阶段垂高。
其中：所述Wsk为垮落带残余沉降量，Wsl为裂缝带残余沉降量，Wsq为弯曲下沉带残余沉降量。
其中：所述Ei为垮落带各地层变形模量，hi为垮落带各地层厚度，Ej为裂缝带各地层变形模量，hj为裂缝带各地层厚度，Ek为弯曲下沉带各地层变形模量，hk为弯曲下沉带各地层厚度。
其中：所述地层变形模量E可通过“钻探取芯，岩芯进室内压缩试验，工程地质类比法”、“VSP地震波反演”、“地应力测试”三种方法获得，所述ε为单位长度光纤允许变形值，光纤纤芯为玻璃纤芯时取2％，其它材料纤芯应根据厂家所述参数确定。
其中：所述lk为垮落带光纤定点最小间距，ll为裂缝带光纤定点最小间距，lq为弯曲下沉带光纤定点最小间距。
其中：所述ΔLmax和ΔKmax分别为裂缝带及垮落带内残余裂缝的最大张开度，通过现场钻探、孔内电视及测井进行实际探测与识别。所述f为安全系数，根据工程重要程度选取，建议1.1～1.3。
通过上述结构可知，本申请提出的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，综合应用理论计算、现场测试、工程地质类比等手段，获取采空塌陷区覆岩“三带”的发育高度、残余沉降值、光纤单位长度允许变形值，计算出覆岩“三带”不同层位光纤的非定点间距最小值，将有效解决采空塌陷定点光纤监测中的光纤拉断、监测精度低等技术问题，大幅提高了采空塌陷地质灾害监测技术水平。本申请具有提高监测安全、降低工程造价、改善监测效果的优势，为采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降定点光纤监测工作提供了新的思路及设计方法。
下面以具体示例对本申请提出的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法进行解释说明。
可选地，获取到某采空塌陷区地质及采矿条件为：地层由老到新主要为下二迭统甲组(P1s)、下石盒子组(P1sh)，上二迭统上石盒子组(P2sh)及第四系(Q)，主采煤层为甲组3上煤，最大厚4.33m，平均厚度2.28m，倾角6°，倾斜短壁开采，自由垮落法顶板管理。采空区处于非充分采动、不充分垮落、全部充水状态，采空区内部仍存在较大空间或裂隙。监测钻孔坐标为(462415.11，3924271.07)，根据所述公式(1)、(5)、(7)，最大下沉值为568.86mm，该点下沉值为490mm，剩余下沉值为205mm。
进一步地，根据现场钻探情况及公式(8)、(14)综合确定垮落带高度为9.15m，裂缝带高度为36.95m，弯曲变形带发育高度为499.5m。
进一步地，根据各岩层变形模量及公式(21)、(22)、(23)，弯曲下沉带剩余沉降值为22mm，裂缝带剩余沉降值42.5mm，垮落带剩余沉降值140.5mm。
进一步地，现场钻探及孔内电视综合确定的裂缝带及垮落带内残余裂缝的最大张开度分别为95mm和228mm，根据所述公式(24)、(25)、(26)计算垮落带光纤定点间距为11.4m，裂缝带光纤定点间距4.75m，弯曲变形带光纤定点间距0.5m，结合考虑工程重要性、监测精度、监测光纤稳定性等情况，最终实际监测过程中光纤定点距离为垮落带12m，裂缝带5m，弯曲下沉带1m。确定过程如下表(4)所示。
表4
综上所述，本申请提出的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，有效结合采空塌陷地层残余变形分布特征及定点光纤变形监测特点，克服了相关技术中采空塌陷“等距定点式”监测光纤被拉断或监测精度不高等技术缺陷，提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平。
图7是本申请公开的一个实施例的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置的结构示意图。
如图7所示，该采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置100，包括：第一获取模块11、第二获取模块12、非线性分配模块13和第三获取模块14。其中，
第一获取模块11，用于获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量；
第二获取模块12，用于将所述采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度；
非线性分配模块13，用于根据所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，对所述地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量；
第三获取模块14，用于根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述第一获取模块11，还用于：根据所述地质条件及所述采矿条件，获取所述采空塌陷区的煤层倾角；获取所述煤层倾角所处的第一煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第一煤层倾角区间，获取所述地表残余下沉总量。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块12，还用于：获取所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间；根据所述煤层倾角所处的所述第二煤层倾角区间，获取所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块12，还用于：响应于所述第二煤层倾角区间为第一目标区间，则根据所述采矿条件，获取所述垮落带发育高度；获取饱和单轴抗压强度，并根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块12，还用于：响应于所述第二煤层倾角区间为第二目标区间，则根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
根据本申请的一个实施例，所述第二获取模块12，还用于：根据所述地表残余下沉总量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带残余下沉量、所述裂缝带的裂缝带残余下沉量及所述垮落带的垮落带残余下沉量。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块14，还用于：获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带地层厚度之和、所述垮落带的垮落带下沉带地层厚度之和及所述裂缝带的裂缝带地层厚度之和；获取所述弯曲下沉带发育高度变形量与所述弯曲下沉带地层厚度之和的第一比值、所述裂缝带发育高度变形量与所述垮落带下沉带地层厚度之和的第二比值，以及所述垮落带发育高度变形量与所述裂缝带地层厚度之和的第三比值；根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块14，还用于：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均小于或者等于单位长度光纤允许变形值，则将预设间距作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带内残余裂缝最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
根据本申请的一个实施例，所述第三获取模块14，还用于：响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均大于所述单位长度光纤允许变形值，则将所述弯曲下沉带地层厚度之和作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将所述垮落带地层厚度之和作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将所述裂缝带地层厚度之和作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
本申请实施例提供的一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置，可以通过获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据地质条件及采矿条件，获取地表残余下沉总量，并将采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、裂缝带的裂缝带发育高度及垮落带的垮落带发育高度，然后根据弯曲下沉带发育高度、裂缝带发育高度及垮落带发育高度，对地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，进而根据弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，获取弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、垮落带的垮落带目标光纤定点间距及裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。由此，本申请提供了一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降“非等距定点式”光纤监测设计方法，有效结合采空塌陷地层残余变形分布特征及定点光纤变形监测特点，克服了相关技术中因采空塌陷“等距定点式”光纤监测而被拉断或监测精度低的缺陷，提高采空塌陷深部岩土体沉降监测水平。
为了实现上述实施例，本申请还提出了一种电子设备2000，如图8所示，包括存储器210、处理器220及存储在存储器210上并可在处理器220上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现前述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行时实现前述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，包括：
获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量；
将所述采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度；
根据所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，对所述地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，其中：
通过下式获取所述弯曲下沉带发育高度变形量：
（21）
通过下式获取所述裂缝带发育高度变形量：
（22）
通过下式获取所述垮落带发育高度变形量：
；
根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
2.根据权利要求1所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量，包括：
根据所述地质条件及所述采矿条件，获取所述采空塌陷区的煤层倾角；
获取所述煤层倾角所处的第一煤层倾角区间；
根据所述煤层倾角所处的所述第一煤层倾角区间，获取所述地表残余下沉总量。
3.根据权利要求2所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度，包括：
获取所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间；
根据所述煤层倾角所处的所述第二煤层倾角区间，获取所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
4.根据权利要求3所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述根据所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，包括：
响应于所述第二煤层倾角区间为第一目标区间，则根据所述采矿条件，获取所述垮落带发育高度；
获取饱和单轴抗压强度，并根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度。
5.根据权利要求4所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述根据所述煤层倾角所处的第二煤层倾角区间，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，包括：
响应于所述第二煤层倾角区间为第二目标区间，则根据所述饱和单轴抗压强度，获取所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度。
6.根据权利要求1或2所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述获取地表残余下沉总量之后，还包括：
根据所述地表残余下沉总量，获取所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量。
7.根据权利要求6所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距，包括：
获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带地层厚度之和、所述垮落带的垮落带下沉带地层厚度之和及所述裂缝带的裂缝带地层厚度之和；
获取所述弯曲下沉带发育高度变形量与所述弯曲下沉带地层厚度之和的第一比值、所述裂缝带发育高度变形量与所述垮落带下沉带地层厚度之和的第二比值，以及所述垮落带发育高度变形量与所述裂缝带地层厚度之和的第三比值；
根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距。
8.根据权利要求7所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述根据所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值，获取所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带目标光纤定点间距，包括：
响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均小于或者等于单位长度光纤允许变形值，则将预设间距作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将垮落带内残余裂缝最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将裂缝带最大张开度与所述单位长度光纤允许变形值的比值所述作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
9.根据权利要求8所述的采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于所述第一比值、所述第二比值和所述第三比值均大于所述单位长度光纤允许变形值，则将所述弯曲下沉带地层厚度之和作为所述弯曲下沉带目标光纤定点间距、将所述垮落带地层厚度之和作为所述垮落带目标光纤定点间距，并将所述裂缝带地层厚度之和作为所述裂缝带目标光纤定点间距。
10.一种采空塌陷区覆岩“三带”残余沉降的监测设计装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取采空塌陷区的地质条件及采矿条件，并根据所述地质条件及所述采矿条件，获取地表残余下沉总量；
第二获取模块，用于将所述采空塌陷区划分为弯曲下沉带、裂缝带及垮落带，并获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带的裂缝带发育高度及所述垮落带的垮落带发育高度；
非线性分配模块，用于根据所述弯曲下沉带发育高度、所述裂缝带发育高度及所述垮落带发育高度，对所述地表残余下沉总量进行非线性分配，以得到弯曲下沉带发育高度变形量、裂缝带发育高度变形量及垮落带发育高度变形量，其中：
通过下式获取所述弯曲下沉带发育高度变形量：
（21）
通过下式获取所述裂缝带发育高度变形量：
（22）
通过下式获取所述垮落带发育高度变形量：
；
第三获取模块，用于根据所述弯曲下沉带发育高度变形量、所述裂缝带发育高度变形量及所述垮落带发育高度变形量，获取所述弯曲下沉带的弯曲下沉带目标光纤定点间距、所述垮落带的垮落带目标光纤定点间距及所述裂缝带的裂缝带目标光纤定点间距。
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