[发明专利]一种基于沉降监测数据的煤矿老采空区场地稳定性定量评价方法

权利要求书

1.一种基于沉降监测数据的煤矿老采空区场地稳定性定量评价方法，其特征在于：包括下述步骤

1)在煤矿老采空区地表布置监测线，获得地表沉降监测数据

布置方法为：针对开采工作面，按平行煤层走向布置至少1条监测线，垂直煤层走向布置至少3条监测线；

2)基于监测数据的地表变形特征初步分析

根据监测数据进行分析，进行两个方面的分析：

(1)确定地表沉降最大下沉点位置

根据获得的实测数据建立各沉降点和沉降量的下沉曲线图，然后分析平行和垂直煤层走向的监测点沉降量，找出最大下沉点的位置及编号；

(2)判定主沉降是否结束

根据步骤(1)所确定的最大下沉点的下沉量与时间关系曲线及下沉速度曲线，与包含一般采空区地表下沉规律曲线的图相对比，如果实际监测得到的下沉曲线模式进入了衰退期模式，可以判定采空区主沉降已经结束，如果老采空区的主沉降已经结束，即可认为老采空区场地的剩余沉降量等于残余沉降量；即可依据此数据进行地表变形计算；

3)煤矿老采空区地表变形计算

对于缓倾斜煤层，采用概率积分法计算公式，下沉值：

W(x,y)=W0∫∫D1r2exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-1)]]>

倾斜：

ix(x,y)=W0∫∫D2π(s-x)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtiy(x,y)=W0∫∫D2π(t-y)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-2)]]>

曲率：

Kx(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtKy(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-3)]]>

水平移动：

Ux(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtUx(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-4)]]>

水平变形：

ϵx(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtϵy(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-5)]]>

式中：W(x,y)为地表任意点的下沉值，坐标为x和y，单位mm；

i_x(x,y)、K_X(x,y)、U_X(x,y)、ε_x(x,y)分别为地表任意点x方向的倾斜值，其中地表任意点坐标为x和y，单位mm/m；曲率值，单位10^-3/m；水平移动值，单位mm；和水平变形值，单位mm/m；

i_y(x,y)、K_y(x,y)、U_y(x,y)、ε_y(x,y)分别为地表任意点y方向的倾斜值，地表任意点的坐标为x和y，单位mm/m；曲率值，单位10^-3/m；水平移动值，单位mm；和水平变形值，单位mm/m；W₀、U₀分别为地表充分采动的最大下沉值和最大水平移动值，单位mm；

其中，

W0=ηM cos(α)U0=bW0---(1-6)]]>

D为工作面倾斜长度和走向长度确定的积分范围，m²；

r为主要影响半径，m；

η为下沉系数；M为开采煤层厚度，m；

α为煤层倾角，单位度；b为水平移动系数；

假定在荷载作用下或风化作用下，破裂岩体存在的空隙、裂隙和离层离缝完全闭合，下沉系数达到1，则最大残余下沉系数的计算表达式为：

η′＝1-η (1-7)

残余下沉系数随下沉时间的表达式为：

η′_t＝Ae^-Bt (1-8)，

其中，A和B均为确定的参数；

将残余下沉系数η′_t替换式(1-6)中的下沉系数η，就可以计算不同时期的最大残余沉降量：

W_e＝η′_tMcos(α)(1-9)

再将W_e替换式(1-2)～(1-3)中的W₀，用W_eb替换(1-4)～(1-5)中的U₀，即可利用Matlab软件编制程序计算残余倾斜、曲率和水平变形的大小，然后绘制残余下沉值等值线、倾斜值等值线、水平变形等值线和曲率值等值线图；

4)老采空区场地稳定性评价

(1)根据得到的上述数据和图，根据评价标准即可对老采空区场地的稳定性进行评价；场地稳定性评价标准依据《采空区公路设计与施工技术细则》进行，JTG/T-D31-03-2011；

(2)依据上述标准，将计算得到的残余下沉值、倾斜值、水平变形值和曲率值4个指标进行综合比对，并画出对比图；

(3)根据稳定性评价标准和对比图画出按稳定标准确定的分区界线，提取出坐标，将其投影到CAD图上，就得到了老采空区场地稳定性评价分区图。