[发明专利]一种长壁开采地表残余下沉系数计算方法

说明书

本发明提出一种长壁开采地表残余下沉系数计算方法，属于矿业工程领域中矿山开采沉陷预计、矿区土地复垦规划设计和老采空区地表建筑场地稳定性评价领域。该方法基于地表残余下沉延续时间内各年度残余下沉系数之和等于地表极限残余下沉系数、起始年度残余下沉系数大并线性衰减的限制条件，构建地表残余下沉延续时间内年度残余下沉系数表达式，计算得到地表残余下沉延续时间内任一年地表残余下沉系数、至某一年度累计残余下沉系数和某一年度之后未来产生的累计残余下沉系数，并可将残余下沉系数转化为对应地表残余下沉量。本发明可为矿区土地复垦和生态环境规划设计、老采空区地表作为建筑场地稳定性和适宜性评价提供客观量化依据，应用价值高。

技术领域

本发明属于矿业工程领域中矿山开采沉陷预计、矿区土地复垦规划设计和老采空区地表建筑场地稳定性评价研究领域,具体地涉及一种长壁开采地表残余下沉系数计算方法，以确定地表残余下沉延续时间内某一年的残余下沉量、过去累计地表残余下沉量和未来潜在的地表残余下沉量。

背景技术

地下煤炭长壁开采引起的地表移动变形从开始到结束的整个时间定义为地表移动延续时间。地表点下沉达到10mm时为地表移动延续时间的开始时间，当连续6个月累计下沉不超过30mm时，则认为地表移动延续时间结束，之后地表移动进入地表残余下沉延续时间。

尽管地表残余下沉在量值上不大，但持续时间长，是矿区土地复垦与生态重建的规划设计依据，也是老采空区地表作为建筑场地再利用稳定性评价的重要指标。对于水平煤层和近水平煤层在充分采动条件下，地表最大下沉值与煤层开采厚度的比值称为地表移动延续时间内的地表下沉系数，用q表示；与之相对应的，在地表残余下沉延续时间内产生的残余下沉值与煤层开采厚度的比值称为地表残余下沉系数，地表残余下沉延续时间内的某一年度的残余下沉值与煤层开采厚度的比值称为该年度地表残余下沉系数。如何科学合理地确定地表残余下沉系数一直是国土部门、相关科研机构和企业关注的焦点问题之一。

尽管有很多学者对长壁开采地表残余下沉系数进行了研究，但截至目前关于地表残余下沉系数最典型、最权威的研究成果，是在煤矿开采损害技术鉴定标准《煤矿开采沉陷预计方法》(2014年12月1日发布实施)中，给出的如下形式的残余下沉延续时间内年度下沉系数计算公式

式(1-1)中，q为长壁开采地表移动延续时间内的下沉系数；k是调整系数，一般0.5≤k≤1.0；T_c为地表残余下沉延续时间，T_c＝50年；t_c为距地表移动延续时间结束后的时间，单位为年。

为不失一般性，取地表移动延续时间内的下沉系数q＝0.7，地表残余下沉延续时间T_c＝50年，调整系数k＝1.0，则计算发现：地表残余下沉系数会从第1年的0.187逐步减小到第50年的0.0，虽然地表残余下沉系数的衰减规律与实际相符，但地表残余下沉延续时间内各年度的累计残余下沉系数达到了5.42；即使调整系数k＝0.5，虽然地表残余下沉系数从第1年的0.094逐步减小到第50年的0.0，但残余下沉延续时间内各年度的累计残余下沉系数仍达到了2.71。理论上，地表残余下沉系数达到1即表示地表残余下沉量达到了煤层开采厚度，很显然不论调整系数取上限1.0或下限0.5，计算得到的残余下沉延续时间内的累计残余下沉系数都有悖于现有的开采沉陷预计理论；同时公式(1-1)中的调整系数k的物理意义不明确，地表残余下沉延续时间统一为50年太过于绝对。表明应用式(1-1)计算地表残余下沉系数会带来显著错误，存在过大估计残余下沉量现象，可能导致老采空区地表建筑场地稳定性评价结果错误及土地复垦规划设计失效。

发明内容

本发明的目的是为更正现有行业标准中地表残余下沉系数计算公式的错误之处，提出一种长壁开采地表残余下沉系数计算方法。本发明所给出的地表残余下沉系数计算公式，在不改变原有参数的前提下可快速确定地表残余下沉延续时间内任一年的地表残余下沉系数、地表累计残余下沉系数和地表未来潜在的残余下沉系数，实用价值高，推广应用前景广阔。