[发明专利]一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法，尤其涉及一种研究厚松散层薄基岩采煤条件下覆岩及地表移动变形一体化规律的方法。

背景技术

厚松散层薄基岩开采条件下覆岩及地表一体化下沉系数的函数关系的研究，对促进厚松散层薄基岩条件下煤层开采覆岩运动与地表沉陷预测和控制研究具有积极作用，而且对于“三下”开采中保护煤柱设计尺寸和工作面合理布局的优化、地下煤炭资源采出率的提高、地表建（构）筑物的保护等，以及经济发展和保护生态环境的协调性发展等方面均具有一定的指导意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种厚松散层薄基岩采煤条件下的煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法。

本发明是这样实现的，一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法，其为研究厚松散层薄基岩采煤条件下覆岩及地表移动变形一体化规律的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

获取覆岩内部下沉系数与地表下沉系数；

把所述覆岩内部下沉系数、所述地表下沉系数与不同岩层水平位置联系起来，通过最小二乘原理分析，进行非线性曲线拟合，得出所述覆岩内部下沉系数、所述地表下沉系数与所述岩层水平位置之间的函数关系式，该关系式能表述厚松散层薄基岩开采条件下覆岩及地表一体化下沉系数函数式。

作为上述方案的进一步改进，采用建立地表移动观测站方法进行实测获取地表下沉系数。

作为上述方案的进一步改进，采用相似模拟实验获取所述覆岩内部下沉系数。优选地，在相似材料模型上布设若干条观测线，通过监测观测线上测点位移变化分析获取所述覆岩内部下沉系数，所述覆岩内部下沉系数的获取步骤包括：

在距模型5～10ｍ的O点架设全站仪，选择布设在模型固定架上两侧的A、B、C、D四个点，且A、B、C、D这四个点不受开采影响，并且A点与C点保持在同一水平高度，B点与D点保持在另一同一水平高度，A点与B点在同一垂线上，C点与D点在另一同一垂线上；设A点、B点到O点的水平投影距离为L₁，C点、D点到O点的距离为L₂，L₁与L₂的水平夹角为θ₀，A、B、C、D四个点的竖直角分别是φ₁、φ₂、φ₃、φ₄，O₁是AB边垂直向下于地面的焦点，假设A、O₁两点的高度为H₁，B、O₁两点的高度为分别为H₂；

L₁满足公式（1）：其中，

L₂满足公式（2）：其中，

取模型内任意点X，设X点到O点的水平投影长度为L，到AB边的水平距离为Lx，到AC边的垂直距离为Hx，所述模型固定架上布设的监测点第i个开采时期的水平移动量L_xi和垂直移动量H_xi满足公式（3）和（4）：

其中，对该X点进行观测，可得水平角θ₁、θ₂；

根据所述模型固定架上布设的监测点第i个开采时期的水平移动量L_xi和垂直移动量H_xi，从而得出覆岩内部各条观测线的下沉系数。

本发明属于一种通过相似材料模拟实验与地表移动观测站来获取覆岩内部下沉系数与地表下沉系数，并将两者与岩层水平位置相联系得出煤层开采覆岩及地表一体化下沉系数函数关系式的方法。采用相似材料模拟试验和地表移动观测站结合，研究从煤层工作面上方覆岩至地表的下沉系数变化规律，实现覆岩及地表下沉系数一体化研究，得出厚松散层薄基岩条件下覆岩及地表下沉系数和岩层不同水平位置之间的函数关系式。本发明通过相似材料模拟实验反演覆岩内部下沉规律，在相似料模拟实验模型的关键层及松散层不同位置上布设n条观测线，根据实测结果确定覆岩内部各关键层及松散层处的下沉系数；另外通过建立地表移动观测站进行实测从而获取地表的下沉系数；最后采用最小二乘法分析模拟实验观测数据及地表移动观测站实测数据，利用非线性曲线拟合，得出厚松散层薄基岩开采条件下覆岩及地表一体化下沉系数的函数模型。

附图说明

图1为地表移动观测站观测线布设平面位置示意图。

图2为相似材料模拟实验模型观测点布设位置示意图。