[发明专利]一种黄土沟壑区下煤层开采地表下沉系数的确定方法

权利要求书

1.一种黄土沟壑区下煤层开采地表下沉系数的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据黄土沟壑区下煤层开采地面布设观测站测量的数据，初步计算黄土沟壑区煤层开采的下沉系数：

式中：η₁为根据地表实际测量数据得出的地表下沉系数；w_实测为地表实际测量的地表最大下沉量，单位mm；m为煤层实际开采厚度，单位m；a为煤层的角度；

步骤二、对坡体进行稳定性分析，并计算坡体稳定性给地表造成的沿坡体方向因坡体滑移引起的下沉附加量；

(1)坡体稳定性分析：

式中：G为坡体自身的稳定性系数；δ为坡体的角度；h为表土层的厚度，单位m；γ为土体的容重，单位N/m³；C为土体的内聚力，单位Pa；为土体的内摩擦角；

(2)沿坡体方向因坡体滑移引起的下沉附加量：

Δw(x)＝G×sinδ(w(x)×sinδ+u(x)×cosδ)

式中：Δw(x)为沿坡体方向因坡体滑移引起的下沉附加量，单位mm；w(x)为沿坡体方向地表实际测量的最大下沉量，单位mm；u(x)为沿坡体方向地表实际测量的最大水平移动量，单位mm；

步骤三、结合地表实际测量数据和沟壑区沿坡体方向因坡体滑移引起的下沉附加量，利用计算机反演模拟的方法，进一步确定地表下沉系数η；具体方法为：

S31、结合坡体自身稳定性判别系数和沿坡体方向地表实际测量的最大下沉量w(x)与沿坡体方向地表实际测量的最大水平移动量u(x)，计算出沿坡体方向因坡体滑移引起的下沉附加量Δw(x)；

S32、假设地表下沉系数η，则地表下沉系数表达式为：

此时，地表的最大下沉值w_max为：

w_max＝m·η·cos a

S33、将求取的地表最大下沉值w_max代入地表下沉盆地预计公式进行计算机反演模拟计算，将计算求取的地表下沉值与该沟壑区地面观测点下沉值进行对比分析，反复步骤S31和步骤S32，直至计算机反演数值与地表观测数据相吻合为止，从而最终确定地表下沉系数η。

2.根据权利要求1所述的一种黄土沟壑区下煤层开采地表下沉系数的确定方法，其特征在于：所述步骤三的具体步骤为：

步骤101、初步确定地表下沉系数：在此基础上计算黄土沟壑区下地表的最大下沉值：w_max＝m·η·cos a；

步骤102、根据公式进行全盆地的地表下沉值的预计，其中，j为计算开采单元的块段数目；k为计算开采每一块段的拐点数；q_h为使用计算的直角坐标系中x轴与通过计算点和拐点h连线间的夹角；R_k为极坐标半径，其表达式为：

步骤103、根据上述公式计算地表对应点的地表下沉值w(x，y)，结合坡体自身稳定性判别系数和地表实测的最大w(x)和u(x)数据，可计算出对应地表点的预计下沉量w_预计(x，y)，其具体计算表达式为：

w_预计(x，y)＝w(x，y)+Δw(x)；

步骤104、根据计算对应地表点的预计下沉量w_预计(x，y)与地表实测的下沉量w_实测(x，y)进行对比分析，反复上述步骤101、102和103过程，直到w_预计(x，y)与w_实测(x，y)相吻合为止，此时确定的地表下沉系数η则为黄土沟壑区下煤层开采地表下沉系数。