[发明专利]一种基于等效下沉的采动覆岩离层计算方法

说明书

本发明提出一种基于等效下沉的采动覆岩离层计算方法，属于矿业工程领域中矿山开采沉陷预计、覆岩离层注浆减沉与岩层控制领域。该方法首先计算开采工作面每个岩层的采动下沉值；从表土层下第一个岩层开始，将每个岩层的采动下沉值与该岩层上位岩层的采动下沉值作差，得到每个岩层的覆岩离层量；按照所述离层量从大到小的顺序对各岩层进行排序，将序列中所述离层量的最大值对应的岩层作为当前岩层；对所述当前岩层进行判定，以确定覆岩离层注浆的岩层位置。本发明可方便地计算出上覆岩层的离层量和离层层位，为覆岩离层注浆减沉设计和实施提供简洁的判断依据。

技术领域

本发明属于矿业工程领域中矿山开采沉陷预计、覆岩离层注浆减沉与岩层控制领域，具体地涉及一种基于等效下沉的采动覆岩离层计算方法。

背景技术

充填开采是控制覆岩与地表沉陷、减小土地及生态环境破坏的有效手段，是实现矿区绿色可持续发展的重要途径。充填开采包括采空区充填和覆岩离层注浆充填两种类型。采空区充填又可细分为水砂充填、矸石自溜充填、高水材料充填、固体密实充填等，尽管采空区充填可以达到很好的控制覆岩与地表移动效果，但也存在充填系统与生产系统并行、工艺复杂、成本高等缺点。而覆岩离层注浆则是通过地面钻孔作为充填通道，以电厂粉煤灰、矿渣等为充填材料，该充填系统与生产系统分离，互不干扰，当注浆层位选择准确、注浆时机把握及时，也会取得良好的覆岩移动控制效果。覆岩离层注浆的难点在于离层层位和离层量的确定。目前的确定方法大多利用岩层控制的关键层理论，通过复杂的力学计算，确定离层层位，但还难以定量确定离层量；此外也有通过有限元、边界元、离散元、快速拉格朗日分析等数值模拟方法进行计算判定，由于边界条件的限制、物理力学参数选择的不确定性，往往需要有一定的工程经验、反复调试，模拟计算结果不尽人意。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于等效下沉的采动覆岩离层计算方法。本发明可方便地计算出上覆岩层的离层量和离层层位，为覆岩离层注浆减沉设计和实施提供简洁的判断依据。

本发明是实力提出一种基于等效下沉的采动覆岩离层计算方法，包括：

计算开采工作面每个岩层的采动下沉值；

从表土层下第一个岩层开始，将每个岩层的采动下沉值与该岩层上位岩层的采动下沉值作差，得到每个岩层的覆岩离层量；

按照所述离层量从大到小的顺序对各岩层进行排序，将序列中所述离层量的最大值对应的岩层作为当前岩层；

对所述当前岩层进行判定，以确定覆岩离层注浆的岩层位置；

其中，对于从地表向下的第j层岩层，所述采动下沉值计算表达式如下：

式中，x_o为开采工作面地表设定的参照点p_o的坐标，点p_o的下沉值为w_o(x_o)；点p_o在向采空区移动方向上对应的第j层岩层的覆岩点坐标为覆岩点的下沉值为b为开采工作面宽度；δ₀为覆岩与地表移动的综合边界角；h_i为从地表开始向下的第i层的岩层厚度，i＝1,2,…,n，n为岩层总数；当i＝1时，h₁代表表土层厚度；为开采深度；表示从地表向下至第j层岩层底界面的累积深度，j＝0,1,2,3,…,n；当j＝0时，h₀＝0。

在本发明的一个具体实施例中，对所述当前岩层进行判定，以确定覆岩离层注浆的岩层位置，包括：

若所述当前岩层的底界面距离开采层顶板底部的高度小于导水裂缝带的高度值，则所述当前岩层的离层为无效离层，从所述序列中剔除所述当前岩层；从更新后的序列中选出离层量最大值对应的岩层作为新的当前岩层，然后重新对所述当前岩层进行判定；