[发明专利]厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法

说明书

本发明公开厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法，包括如下步骤：(1)根据实测资料分析，确定研究区在基岩达到充分采动时采宽与基岩厚度之比；(2)以临界宽基比k_Lj0作为分段拟合的分界点，分两段进行波兹曼函数拟合；(3)第一段，宽基比k_Lj≤k_Lj0，基岩非充分采动，以综合宽深比k_L作为自变量；(4)第二段，宽基比k_Lj>k_Lj0，基岩超充分采动，以松散层失水厚度h_ss与采厚M之比h_ss/M作为自变量；(5)在基岩临界宽基比处进行步骤(3)和步骤(4)中两函数的迭合，得到地表下沉率的交迭双波兹曼拟合函数和拟合曲线。本项发明为多因素复杂影响的开采沉陷问题提供了新的描述方法。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域。更具体地，涉及厚松散层条件煤层开采地表下沉率交迭双波兹曼拟合方法。

背景技术

开采沉陷与10多个地质采矿变化因素有关，问题复杂，研究繁难。开采沉陷与地质采矿条件的关系描述还存在一些问题：1)岩层破坏状况的描述与地表移动规律脱节，地表移动连续盆地与地表裂缝台阶的描述脱节；2)岩层移动“三带”描述了变形程度的分区特性，有些条件按“三带”描述却不完整不贴切；3)开采的充分性是对地表受横向采动程度的描述，较少研究开采的充分性与岩层移动状况的关系，较少研究竖向采动程度，以及竖向、横向采动程度的交互作用对岩层和地表的影响。

地表下沉率与下沉系数均是描述地表最大下沉值的参数，但两者描述的范畴有较大差别。

在一定的地质条件下，地表最大下沉值随着开采充分性的变化而变化，对于缓倾斜、中倾斜煤层，可用下式表示，地表最大下沉值W_max和地表下沉率η均是变化量。

W_max＝ηMcosα，η＝W_max/Mcosα

当地表达到临界充分和超充分开采时，采动地表达到一个不再随开采充分性变化的临界最大下沉值W₀和下沉系数q：

W₀＝q Mcosα，q＝W₀/Mcosα

式中：W_max为地表最大下沉值；M为采厚；α为煤层倾角。

下沉系数q是描述不同地质采矿条件下采充分时，单位采厚的地表沉陷量。

下沉率η是描述相似地质采矿条件下不同开采充分性时，单位采厚的地表沉陷量。

两者的关系为：下沉系数是充分开采时下沉率的极大值。地表临界最大下沉值是充分开采时地表最大下沉值的极大值。

常用的下沉系数的求取方法为用采动程度系数来：

式中：n₁，n₃分别为倾向和走向的采动程度系数，若其值大于1，则取1。

式中：K₁，K₃分别取0.8；D₁，D₃分别为倾向和走向的长度；H₀为平均采深。

以上下沉系数的求取方法和描述的下沉系数与下沉率的关系式，是密函数关系，这反映了一种增长关系，但与实际的下沉率变化有一定偏差，特别是厚松散层条件下偏差很大。对于岩土双介质条件，基岩的采动充分性、地表的采动充分性涉及多种因素，影响关系复杂，下沉率的影响因素较多。实际煤层开采中，急需有理论指导或预测厚松散层条件下煤层开采的地表下沉率，这样可以在开采前以及开采中对开采沉陷进行预判，确保安全生产。

发明内容