[发明专利]一种采动覆岩移动变形动态预测方法

说明书

一种采动覆岩移动变形动态预测方法，确定采动覆岩内部任一预计水平、任一时刻岩层下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、垂向变形值的定量动态预测方法。本发采动覆岩移动变形动态预测方法，将采动覆岩按岩性进行分层处理，并根据覆岩岩性评价系数及基于其所确定的下沉系数模型，求取覆岩内部各分层岩层下沉系数影响因子，提高了覆岩离层的预测精准度，而且新模型免去了非常繁琐的对覆岩关键层的判别过程，大大降低了计算量和预测难度。

技术领域

本发明属于矿山开采沉陷研究技术领域，具体地说涉及采动覆岩移动变形定量动态预测的新方法。

背景技术

由采煤引起的覆岩与地表开采沉陷是一个随时间和空间变化的复杂四维问题。特别是采用全部垮落法管理采空区顶板时，通常将促使采动覆岩与地表产生比较严重的移动变形，给矿区的生态环境和人文环境造成较严重的采动损害。当前，对采煤引起的地表移动变形预计研究工作开展的相对较多，成果也相对丰硕；然而，对整个采动覆岩的移动变形预计研究相对较少，特别是随工作面的开采，采动覆岩的动态移动变形及其离层发育定量预计研究更少。显然，这给人们从根本上认知矿山开采沉陷规律以及解决相关矿山采动损害问题带来很大不便。

目前，研究采动覆岩移动变形的手段主要有实测数据分析、数值模拟和相似材料模拟等。由于获取覆岩移动变形实测资料需要花费大量的人力和财力，而且实施起来也比较困难，因此，多数研究者主要采用数值模拟实验和相似材料模拟实验的方法来研究覆岩移动变形规律。尽管采用数值模拟软件(Flac，Udec，Phase, and so on)能够较好的反演采动过程中覆岩应力场和破坏场的发育规律，给定性分析采动覆岩的沉陷机理提供了较大的方便，但是，由于模拟采煤引起的开采沉陷所建立的模型一般比较复杂：模型较大、岩层多、参数多，导致模拟所得的移动变形结果往往与实际出入较大，而且想要得到一个与实际采动覆岩移动变形基本相符的结果，需要反复的调整参数并重新计算，这给定量的分析采动覆岩的移动变形带了很大的不便。与数值模拟方法相比采用相似材料模拟试验的效果好一些，但同样也存在这一些问题，例如：随着浅埋煤层逐渐被开采枯竭，煤层埋深也越来越深，如此进行相似材料模拟试验时，所采用的相似比也越来越小，这样使得所得结果的可靠性也就越来越差，只能开展定性研究；如果控制不好相似材料模型的材料配比或则开挖时模型的干湿度没有把握好，也很难得到理想的结果；再者，进行相似材料模拟试验所消耗的人力和物力也较大，这直接给相关科研人员造成较大的经济负担。由于对地表开采沉陷的预测，人们采用数学模型得到了比较好的结果，而且，采用数学模型进行预测，相对数值模拟试验和相似材料模拟试验所消耗的人力和财力也都小的多。

关于定量预测采动覆岩移动变形研究，目前已经取得了部分研究成果，主要研究成果具体论述如下：

波兰学者李特威尼申(J.Litwiniszyn)于20世纪50年代引入随机介质理论研究了近水平煤层开采岩层移动变形，随后，中国学者刘宝琛、廖国华等将随机介质理论发展为概率积分法，用于研究倾斜煤层开采地表的移动变形问题，并取得了较好实际应用的效果。何国清在其著作中指出覆岩内部任一水平面上的移动和变形预计，可采用与地表任意点预计相同的方法和模型来计算，所不同的是，要应用岩体内部这个水平面上的参数进行计算，但对覆岩移动变形动态预计并未进行深入研究，仅给出了覆岩移动变形的部分参数，尤其是没有给出采动覆岩内部岩层下沉系数计算模型，这给预计覆岩移动变形带来了很大不便；为此，王悦汉、邓喀中等在分析大量的实测资料和相似材料模拟试验的基础上，假定岩体的碎胀量与离开煤层的距离成线性分布，构建了一种采动覆岩内部任意水平岩层下沉系数预计模型，但对采动覆岩内部岩层移动变形预计未做更深一步研究。学者B.A.布克林斯基通过对顿巴斯矿区大量的采动岩层实测资料分析，在移动衰减函数基础上建立了层状岩体的采动岩层移动变形计算，但该模型在计算过程中没有将老顶的周期破断与覆岩内部岩层移动变形联系起来，不便于对采动过程中覆岩的动态移动变形进行预计。而且以上研究均没有对覆岩离层发育过程进行相关研究。

发明内容

面对上述困境，本发明提出了一种采动覆岩移动变形动态预测方法，以实现采动过程中覆岩移动变形及其离层发育过程的定量动态预测。