[发明专利]一种使用偏态影响函数预测山区采煤沉陷的方法

权利要求书

1.一种使用偏态影响函数预测山区采煤沉陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置20～50个数值模型，所述数值模型中，地层简化为包括底板、矿体和覆岩3个地层，覆岩层平均厚度H和地表倾角ag变化，其它地质采矿条件相同；3个地层的物理力学性质固定，采用摩尔-库伦本构模型，分别设置杨氏模量、泊松比、抗拉强度、内聚力、摩擦角，取值由现场勘查或资料调研获取；

S2、对设置的数值模型分别进行模拟单元开采，开挖的单元位于模型矿体层中央相同位置，计算开采后的地表沉陷值，所述地表沉陷值包括下沉和水平移动；选择偏态分布的概率密度函数作为下沉的影响函数vs(x)，对其进行局部求导作为水平移动的影响函数hd(x)，分别用下沉的影响函数和水平移动的影响函数对模拟得到的模型地表下沉和水平移动进行非线性最小二乘拟合，得到对应各个数值模型的影响函数的参数sm₁、α₁、μ₁、σ₁、sm₂、α₂、μ₂、σ₂的值；

所述下沉的影响函数和水平移动的影响函数的表达式分别为：

其中，x表示地表点相对开采单位的位置，sm₁、sm₂为数值纠正参数，α₁、α₂为形状参数，μ₁、μ₂为定位参数，σ₁、σ₂为尺度参数；

S3、提取各个数值模型的覆岩层平均厚度H和地表倾角ag的值，通过最小二乘拟合，得到影响函数的各个参数sm₁、α₁、μ₁、σ₁、sm₂、α₂、μ₂、σ₂关于地表倾角ag、覆岩层平均厚度H的函数表达式；

S4、根据山区地表的覆岩层平均厚度H以及地表倾角值ag，下沉和水平移动的影响函数vs(x)和hd(x)，以及影响函数的各个参数sm₁、α₁、μ₁、σ₁、sm₂、α₂、μ₂、σ₂关于地表倾角ag和覆岩层平均厚度H的函数表达式，计算得到山区地表单元开采沉陷值和全采区开采沉陷值。

2.根据权利要求1所述的一种使用偏态影响函数预测山区采煤沉陷的方法，其特征在于，所述步骤S4中，简单倾斜的山区地表单元开采沉陷的计算方法为：提取覆岩层平均厚度H和地表倾角ag，代入步骤S3拟合得到的函数表达式求出参数sm₁、α₁、μ₁、σ₁、sm₂、α₂、μ₂、σ₂的值；将参数值代入步骤S2单元开采地表下沉、水平移动的影响函数的表达式，得到开采单元采出后对任意地表点的下沉和水平移动；

坡度不规则山区地表单元开采沉陷的计算方法为：过地表点P1做原始地表的切线，以该切线与水平方向的夹角作为地表倾角，通过简单倾斜的山区地表单元开采沉陷的计算方法计算单元开采造成的P1点处的地表沉陷值；依次计算所有原始地表点的沉陷值，得到单元开采后对坡度不规则山区地表造成的下沉和水平移动。

3.根据权利要求2所述的一种使用偏态影响函数预测山区采煤沉陷的方法，其特征在于，山区地表全采区开采沉陷计算的计算方法为：

将开采工作面划分为n个等长的单元，n的取值范围为20～200；

根据山区地表单元开采沉陷的计算方法依次求单元1，2，…，n开采对地表造成的地表沉陷值；

将全部n个单元开采造成的地表沉陷值中的下沉和水平移动分别进行叠加，即得整个开采范围对地表造成的下沉和水平移动；

对整个开采范围对地表造成的下沉分别求一阶、二阶导数得倾斜、曲率，对整个开采范围对地表造成的水平移动求一阶导数得水平变形，完成山区地表全采区开采沉陷计算。