[发明专利]一种采煤沉陷灾变发生的预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及采煤灾变预警领域，具体涉及一种采煤沉陷灾变发生的预警方法。

背景技术

随着煤炭井工开采的进行，采煤沉陷可使采空区覆岩发育的隔水层产生破坏，致使含水层在水位和流向上发生改变。当采动裂隙贯通采空区与区域重要含水层的底部岩层时，地下水会沿着采动裂隙加速向采空区或深部岩体渗透，使地下水位降低，严重时可以导致地下水疏干，井泉干涸，从而形成井下突水或淹井灾害事故。另一方面，可能改变了地面降水的径流与汇水条件，使地表水通过裂隙渗入地下，引起河流水系流量的减小，地表河流水系甚至出现断流现象。采煤沉陷的这种破坏即使没有波及到地表，或地表没有出现大面积塌陷，对地表建(构)筑物也没有产生破坏，但是破坏了区域含水层，使水资源流失、地下水位下降，造成地表植被枯死、地表荒漠化加剧，矿区生产、生活用水匮乏，使原本非常脆弱的生态环境遭受到更加严重的破坏，是采煤沉陷诱发的灾变。

这类采煤沉陷灾变发生的条件是导水裂隙带贯穿了主要隔水关键层。把贯穿主要隔水关键层的裂隙高度称为临界导水裂隙带高度，此时对应的工作面推进长度称为工作面临界长度。当工作面推进长度小于临界工作面长度时，裂隙带发育高度没有导通主要隔水关键层，即导水裂隙带高度没有发育至临界高度，隔水关键层仍然起到隔水作用，不会造成含水层里的地下水流失。一旦工作面长度超过临界工作面长度，导水裂隙带发育高度将达到裂隙带临界高度，进而导通了隔水关键层甚至切穿含水层，使地下水导入采空区，从而出现了采煤沉陷灾变。这里把隔水关键层临界破坏的状态称为与区域重要含水层破坏相关的采煤沉陷灾变点，简称为采煤沉陷的灾变点。通过寻找灾变点与开采强度的关系，实现对采煤沉陷灾变的预警。

一般由采煤工作面到含水层会被若干层岩层所阻隔，而各岩层由于其分层特性和所处采动岩体中的位置不同，其隔水性能是不同的，水最终需要穿透的那部分岩层或最终被阻隔住的岩层被称为隔水关键层。当含水层与工作面之间有明显的较厚软弱隔水层(例粘土类岩层)，则不易形成突水灾害，如果煤层上部含水层在结构关键层(即控制采煤沉陷发生的关键层，为了与隔水关键层区别，这里称为结构关键层)的上方，当结构关键层采动后不破断时，则结构关键层就是隔水关键层。如果结构关键层采动后会发生破断，但破断裂隙被软弱岩层所充填，裂隙被弥合，不形成渗流突水通道，则软弱岩层成为隔水关键层。因此，隔水关键层可以是结构关键层即硬岩层，也可以是软岩层。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种采煤沉陷灾变发生的预警方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种采煤沉陷灾变发生的预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、确定关键层在覆岩中的位置；

S11、由下往上确定覆岩中的坚硬岩层位置，假设第1层岩层为坚硬岩层，其上直至第m层岩层与之协调变形，第m+1层岩层不与之协调变形，则第m+1层岩层是第2层坚硬岩层，由组合梁原理可导出作用在第1层硬岩层上的载荷为：