[发明专利]采动影响条件下工作面上覆岩体渗透率变化的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山开采技术领域，特别涉及了采动影响条件下工作面上覆岩体渗透率变化的预测方法。

背景技术

矿山开采导致上覆岩层及地表产生沉陷移动，对环境、建筑、生产等活动造成巨大的影响，尤其是大面积、高强度开采引起的岩层和地表移动是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源。因此，对地表及覆岩的沉陷情况进行定性与定量分析不仅对保护地表环境与建筑物安全等具有重要意义，而且提前预知岩层内部的变形移动特征对开采时期水害、瓦斯等危险井下安全生产的因素达到提前预控也具有重要的价值。国内外对于矿山开采致岩层沉陷的研究，科研工作者已经获得了较为丰富的成果，根据不同的理论基础建立了各种沉陷预测模型，如理论分析法预测模型，经验法预测模型，以及物理模拟模型等。

影响函数方法是对地表沉陷进行预测的一种很有效方法，与其他方法相比，该方法是一种由经验方法向理论模型过渡的方法，其理论基础是分布函数，故又称为影响函数方法。这种方法认为，在地下矿层之中每开挖任意一个单元点，都可以导致其周围一定范围内的地表产生沉陷，且越远离该点，地表沉陷量越小。地表某一点的最终沉陷则是矿层中所有开挖单元点对该地表点所造成的影响的叠加。

煤层开采后将引起岩层移动与破断，并在覆岩中形成离层与裂隙。长期的理论研究和生产实践表明，上覆岩层移动是一个很复杂的运动过程。通过现场观测研究以及理论分析沉陷的传递过程，发现地表沉陷和上覆岩层移动之间存在一种必然的联系，具体表现为二者在空间上的对应性和在时间上的接续性，影响函数法可以用来表达岩层下沉过程中的对应性和连续性。

影响函数法用于预测地表移动变形的原理，同样适用于对地层的移动变形的研究。如图1所示的地表下工作面上的某岩层层位，开采煤层的任意一个单元体的开挖会引起该岩层中的预计点向开挖单元体处的移动。图中，O-X全局坐标系的原点设置在工作面左侧边缘和煤层顶板底部交界处。在任意高度的覆岩内(h为煤层上方高度)，开挖单元体与预计点之间的水平距离越近，开挖对预计点所造成的影响越大。当工作面内所有单元体被逐个开挖时，覆岩中预计点的最终位移P(x,h)即为这些开采单元在此预计点所造成的影响的叠加。

传统的岩体渗透率变化预测方法，主要是通过对现场煤(岩)样品的取样，然后在专门的实验设备上进行相关的实验，获得渗透率。该种方法虽然精度较好，但是有以下缺点：1)实验室加载的实验条件可能同现场真实情况不一致，获得的渗透率变化可靠性低；2)时效性差，需要先大规模打钻，取芯获得样品，耗时较长。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在采动影响条件下工作面上覆岩体渗透率变化的预测方法，克服传统岩体渗透率变化预测方法存在的缺陷，提高渗透率变化预测的可靠性和实时性。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

采动影响条件下工作面上覆岩体渗透率变化的预测方法，包括以下步骤：

(1)将上覆岩层按地层的岩性情况划分为n层，由煤层向地表方向对各分层依次进行1,2,…,n的层次编号；

(2)由第1层岩体开始，逐层计算各分层的下沉预测的影响函数和水平移动预测的影响函数；

(3)由第1层岩体开始，逐层对影响函数在选定的积分区域内进行积分，获得各分层中任意一点的下沉量和水平移动量；

(4)根据各点的下沉量计算各点垂直方向应变，根据各点的水平移动量计算各点水平方向应变，再根据各点垂直方向应变和水平方向应变计算覆岩的面应变；

(5)建立煤岩体孔隙率与覆岩的面应变的关系，建立煤岩体渗透率与煤岩体孔隙率的关系，从而得到渗透率变化与覆岩的面应变的关系，采用该关系表征覆岩体渗透率变化的预测结果。

进一步地，在步骤(2)中，各分层的下沉预测的影响函数和水平移动预测的影响函数如下：