[发明专利]一种单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法

说明书

本发明公开了一种单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法，适用于煤矿采空区场地稳定性评价使用。首先计算出单一窄工作面采空区两侧煤壁最大屈服和剥离宽度的总和；然后预测两侧煤壁屈服剥离前单一窄工作面采空区地表的移动数与变形值；接着计算单一窄工作面采空区宽度加上采空区两侧煤壁的最大屈服和剥离宽度之和，再预测两侧煤壁屈服剥离后的该采空区地表的移动数与变形值，最后通过对该单一工作面采空区两侧煤壁屈服数值和剥离前后预测的地表的移动与变形值作差，得到该单一窄工作面极不充分开采地表残余变形量，实现单一窄工作面极不充分开采残余变形的预测。其步骤简单，预测精度高，为煤矿采空区场地稳定性评价提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及一种地表残余变形预测方法，尤其适用于煤矿采空区场地稳定性评价使用的一种单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法。

背景技术

我国长期大规模煤炭开采在保证国家能源安全的同时，形成了大面积采空塌陷区。虽然经过长时间的自然压实，煤矿采空区及其上方破裂岩体处于一个相对平衡状态，但采空区覆岩内的裂隙、离层和空洞依然存在，在各种内外荷载(建筑荷载、振动荷载、地震力、地下水等)的作用下，上覆岩层的这种相对平衡状态将再次被打破，从而形成地表的二次沉降，这一过程称为老采空区的“活化”。矿区大面积采空塌陷区不良地基场地，对矿业城市转型和现代化建设迫切需要的建设用地构成了严重制约和安全隐患。

采空区场地稳定性评价是进行场地建设利用的依据，其中采空区场地地表残余变形预测是进行采空区场地稳定性评价的关键。目前国内外学者针对长壁式采空区场地地表残余变形预测方法做了大量的研究工作，建立了面向不同地质采矿条件的长壁式采空区场地地表残余变形预测方法，且已编入相应的国家规范中，已基本解决了长壁式采空区场地地表残余变形预测问题。但单一窄工作面采空区覆岩中能够形成相应比较稳定的自然平衡拱式次生结构体系，与长壁式采空区覆岩结构有显著差异，进而导致单一窄工作采空区和长壁式采空区场地地表残余变形量有较大差异。但目前尚未有计算单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法，导致单一窄工作面采空区场地稳定性评价缺乏科学依据。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种步骤简单，精准度高，兼顾了采空区两侧煤壁屈服和剥离影响的单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法。

为实现上述技术目的，本发明的一种单一窄工作面极不充分开采地表残余变形预测方法，首先计算出单一窄工作面采空区两侧煤壁最大屈服和剥离宽度的总和；然后利用概率积分法预测两侧煤壁屈服剥离前单一窄工作面采空区地表的移动数与变形值；接着计算单一窄工作面采空区宽度加上采空区两侧煤壁的最大屈服和剥离宽度之和，再通过概率积分法预测两侧煤壁屈服剥离后的该采空区地表的移动数与变形值，最后通过对该单一工作面采空区两侧煤壁屈服数值和剥离前后预测的地表的移动与变形值作差，得到该单一窄工作面极不充分开采地表残余变形量，实现单一窄工作面极不充分开采残余变形预测。

具体步骤如下：

利用矿区基础资料确定研究区域的地层情况，包括研究区域煤层的采深、厚度等信息；

根据煤层的采深、采厚数值计算出单一窄工作面采空区两侧煤壁最大屈服宽度；

根据煤层的采厚、碎胀系数、堆积体休止角计算出单一窄工作面采空区两侧煤壁最大剥离宽度；

之后根据单一窄工作面采空区宽度值，基于概率积分法预测单一窄工作面采空区的移动与变形值；

接着将单一窄工作面采空区宽度加上采空区两侧煤壁的最大屈服和剥离宽度之和，再基于概率积分法预测采空区和两侧煤壁上方地表移动与变形值；

最后通过对单一工作面采空区两侧煤壁屈服和剥离前后预测的地表移动与变形值作差，从而预测出单一窄工作面极不充分开采地表残余变形量，实现单一窄工作面极不充分开采残余变形预测。