[发明专利]一种厚松散层非充分采动条件下地面沉降预计方法

权利要求书

1.一种厚松散层非充分采动条件下地面沉降预计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：地质采矿数据资料收集，地质采矿数据包括：矿体参数、松散层参数、岩层力学参数、采动深度、应力集中系数和主要影响半径；所述矿体参数包括矿体开采厚度、倾角、走向开采长度和倾向开采长度；所述松散层参数包括松散层厚度和松散层密度；所述岩层力学参数包括：上覆岩层整体厚度、岩层平均密度、岩层弹性模量和岩层泊松比；

步骤2：根据上覆岩层整体厚度、矿体开采厚度、岩层弹性模量、岩层泊松比、松散层厚度、松散层密度、岩层平均密度、矿体走向开采长度和倾向开采长度，确定弯曲带岩层厚度，弯曲带岩层最大扰度，为步骤4提供数据支撑；

步骤3：根据上覆岩层整体厚度、岩层密度、岩层弹性模量、应力集中系数、松散层厚度和松散层密度，利用提供的数学模型，求取因应力集中导致的岩层与松散层界面上开采边界处的沉降量，为步骤4提供数据支撑；

步骤4：根据步骤1中的地质采矿数据、步骤2中求取的弯曲带岩层最大扰度和步骤3中所述的岩层与松散层界面上开采边界处的沉降量，利用数学模型，计算求取厚松散层非充分采动条件下由地下开采引起的地面任意点沉降值，完成地面沉降预计；

所述数学模型如公式(5)所示，

w₁为因应力集中导致的岩层与松散层界面上开采边界处的沉降量，k为应力集中系数，取值范围为1.5-4；H_c为上覆岩层整体厚度。

2.根据权利要求1所述的厚松散层非充分采动条件下地面沉降预计方法，其特征在于：所述步骤2具体实现过程为：

(1)依据上覆岩层整体厚度、矿体开采厚度，用公式(1)计算确定弯曲带岩层厚度；

式(1)中，H_c为上覆岩层整体厚度；m为矿体开采厚度；a₁、a₂为与上覆岩层力学性质有关的系数；

(2)依据弯曲带岩层厚度，岩层弹性模量、岩层泊松比，用公式(2)计算弯曲带岩层抗弯刚度：

式(2)中，E为岩层弹性模量；μ为岩层泊松比；h为弯曲带岩层厚度；

(3)作用在弯曲带岩层的总载荷由两部分组成：一部分为均匀分布在岩层上方的松散层载荷，另一部分为弯曲带岩层自重，用公式(3)计算：

q＝q₀+ρ_cgh (3)

式(3)中，ρ_c为岩层密度；g为重力加速度；h为弯曲带岩层厚度；q₀为均匀分布在岩层上方的松散层载荷q₀＝ρ_agH_a，其中，ρ_a为松散层密度；H_a为松散层厚度；

(4)依据矿体开采走向开采长度、倾向开采长度、弯曲带岩层抗弯刚度以及作用在弯曲带岩层的总载荷，用以下公式计算弯曲带岩层最大扰度：

式(4)中，L₁、L₂分别为矿体走向开采长度、倾向开采长度；D为弯曲带岩层抗弯刚度；q为作用在弯曲带岩层的总载荷。

3.根据权利要求1所述的厚松散层非充分采动条件下地面沉降预计方法，其特征在于：所述步骤4具体实现过程如下：

(1)为获取厚松散层非充分采动条件下由地下开采引起的地面任意点沉降值，建立两套坐标系：oxy和o′ξη，其中，oxy坐标系建立在地面上，x轴和y轴分别指向走向方向和倾向方向，由开切眼指向开采工作面；而o′ξη坐标系建立在岩层与松散层交界面上，ξ轴和η轴分别与x轴和y轴指向相同，分别指向走向方向和倾向方向；

(2)用公式(6)求得厚松散层非充分采动条件下由地下开采引起的地面任意点沉降值：

式(6)即为厚松散层非充分采动条件下由地下开采引起的地面沉降预计方法的数学模型，其中，r表示主要影响半径；w(x，y)表示的是松散层非充分采动条件下由地下开采引起的地面任意点沉降值，用数值积分法计算求取。