[发明专利]一种面向煤粮复合区变形区域控制的地表沉陷预测方法

权利要求书

1.一种面向煤粮复合区变形区域控制的地表沉陷预测方法，其特征在于步骤如下：

首先通过地质采矿资料确定煤粮复合区地下的煤层参数；

然后根据采动程度和下沉系数的非线性关系，使用边采边充的开采方法，在两侧充填工作面完成充填之后再进行垮落工作面的开采，确定垮落工作面开采宽度b，之后根据充填开采工作面宽度a、充实率垮落工作面个数n，充填工作面个数为n-1；

随后依据等效采高理论计算充填工作面的等效采高m₁；

将充填工作面的剖面将煤层开采范围R分为上下两部分，剖面上半部分等效为整个充填开采工作面顶板的下沉空间，记为开采范围为R₁，剖面下半部分为下沉顶板下的垮落空间，记为开采范围为开采范围为R₂，其中开采范围为R₁全部为采空状态，开采范围为R₂则为工作面间隔保留充填材料构成的充填体后的未充填空间，充填体的宽度等于充填开采工作面宽度a；其中剖面下半部分为下沉顶板下的垮落空间的下沉高度受充填工作面形成的充填体的充实率影响；

利用概率积分模型分别计算出开采范围R₁和R₂引起的地表下沉W₁和W₂、水平移动U₁和U₂、倾斜I₁和I₂、水平变形ε₁和ε₂和曲率K₁和K₂，将两组变形值对应叠加后最终预算出地表变形区域控制的参数：地表下沉W、水平移动U、倾斜I、水平变形ε和曲率K。

2.根据权利要求1所述面向煤粮复合区变形区域控制的地表沉陷预测方法，其特征在于：煤层的剖面开采范围R＝R₁+nR₂，其中R₁＝[nb+(n-1)a]m₁，m₁为顶板下沉高度(即等效采高)，为充填体被顶板压实后的高度。

3.根据权利要求1所述面向煤粮复合区变形区域控制的地表沉陷预测方法，其特征在于具体步骤为：

步骤1：针对地面耕地需要精准保护的煤粮复合区域，收集研究待开采区域的地质采矿资料、钻孔柱状图等信息，确定待开采煤层的开采深度H、开采厚度m、煤层倾角α信息；

步骤2：根据本矿区或类似地质采矿条件井下工作面开采的地表沉陷监测资料，建立采动程度与下沉系数之间的非线性关系，基于此确定垮落工作面的开采宽度b，之后根据待开采区域范围、地面耕地保护情况、充填方法和充填材料信息设计充填开采工作面宽度a以及充实率间隔设计垮落工作面和充填开采工作面，其中垮落工作面个数为n，充填开采工作面的个数为n-1；

步骤3：根据开采厚度m和充填率依据等效采高理论计算出充填开采工作面的等效采高这样面向煤粮复合区耕地保护的地表变形区域控制的剖面开采范围R视作长度为nb+(n-1)a、高度为m₁的开采范围R₁加上n个长度为b、高度为的开采范围R₂；

步骤4：参考矿区已有的大量地表沉陷实测预计参数：下沉系数q，水平移动系数B，主要影响角正切tanβ，拐点偏移距S，开采影响传播角θ，分别确定开采范围R₁和开采范围R₂的概率积分预计参数：下沉系数q₁、q₂，水平移动系数B₁、B₂，主要影响角正切tanβ₁、tanβ₂，拐点偏移距S₁、S₂，开采影响传播角θ₁、θ₂；

步骤5：根据沉陷预计参数，利用概率积分模型计算出开采范围R₁引起的地表下沉W₁、地表水平移动U₁、地表倾斜I₁、地表水平变形ε₁和地表曲率K₁，同样可以计算出开采范围R₂引起的地表下沉W₂、地表水平移动U₂、地表倾斜I₂、地表水平变形ε₂和地表曲率K₂，地表变形区域控制的地表下沉W＝W₁+W₂、地表水平移动U＝U₁+U₂、地表倾斜I＝I₁+I₂、地表水平变形ε＝ε₁+ε₂和地表曲率K＝K₁+K₂，进而实现了面向煤粮复合区耕地保护的变形区域控制的地表沉陷预测。