[发明专利]一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置

说明书

本发明涉及矿区生态环境保护工程技术领域，具体涉及一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置。所述方法包括以下步骤：步骤1，收集地质采矿资料；步骤2，判别关键层并预测其破断特征；步骤3，进行开采沉陷预计；步骤4，设计采动损伤传导阻断路线；步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程；步骤6，布设侧向支挡反力系统，对阻断路线外侧土体施加反向推力。所述侧向支挡反力系统包括2面相对而立的钢板桩墙和布置在钢板桩墙之间的若干个液压伸缩式支撑杆。本发明通过地面工程措施切断沉陷盆地中心区域和外围区域在浅地表的物理联系，将地表采动主要影响范围控制在盆地中心区域，从而保护了面积更大的外围区域，采动灾害控制效果好，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及矿区生态环境保护工程技术领域，具体是一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置。

背景技术

煤炭井工开采会引起上覆岩层移动变形，这种影响进一步向上传导至地表，就会造成不同程度的地表下沉、地裂缝发育、土地损毁和建(构)筑物破坏等各种形式的采动灾害，影响矿区生态环境，制约区域经济社会的可持续发展。目前，控制采动灾害的技术途径主要有部分开采、采空区充填和离层注浆等。部分开采主要是通过留设煤柱支撑上覆岩层控制地表沉陷，这是目前建筑物下、铁路下采煤控制地表沉陷应用最广的技术途径，这种开采方式地表沉陷控制效果好，但是煤炭永久损失率高，大量的煤炭资源得不到开采利用。采空区充填和覆岩离层注浆也能够有效控制地表沉陷，但是这些方式工程成本和技术要求较高，现阶段推广起来还有一定困难。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，通过地面工程措施切断沉陷盆地中心区域和外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导，将地表采动主要影响范围控制在盆地中心区域，而对面积更大的外围区域起到保护作用。该方法为地上作业，工艺简单，便于操作，成本低，效果好，适合大范围推广应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，收集地质采矿资料：获得开采厚度m、开采深度H、煤层倾角α、采煤方法与顶板管理方法、覆岩结构特征、覆岩物理力学性质、松散层厚度h和采区尺寸D；

步骤2，判别关键层并预测其破断特征：根据钻孔地质剖面图和岩层力学性质，识别关键层，计算关键层的初次破断距，即极限破断距L_c和初次破断角β_c，判断开采过程中关键层是否发生破断，以及如果发生破断预测其初次破断的位置；

L_c和β_c可分别通过以下各式计算求得：

式中，h_k为关键层厚度，σ_t为关键层抗拉强度，q_k为关键层承受的载荷，为关键层内摩擦角；

关键层破断的条件是：实际采宽D₁不小于关键层不破断失稳所要求的极限采宽D_c，即D₁≥D_c，D_c可通过下式计算求得：

式中，H_k为关键层和煤层之间的距离，μ为关键层泊松比；

关键层初次破断的位置距采区边界的距离D₀可通过下式计算求得：

D₀＝H_kcotβ_c               (4)