[发明专利]煤矿开采地表裂缝产生-发育-闭合时空演变规律实测与理论结合分析方法

说明书

本发明公开了一种煤矿开采地表裂缝产生‑发育‑闭合时空演变规律实测与理论结合分析方法，包括以下步骤：利用钢尺量距法和利用石灰喷雾作为示踪剂对裂缝生命周期间的长度、宽度和深度等空间尺度进行实测并将利用虚拟CORS参考站技术采集的裂缝平面位置信息在工作面CASS图中绘制。对以1个月每次的频率进行的水准测量和利用虚拟CORS参考站技术进行平面测量采集的点位三维信息进行处理绘制倾斜和曲率变形曲线，综合确定不同时期的拐点位置，根据拐点的动态移动规律来验证裂缝的实测动态发育规律。本发明对因煤矿开采引发的地表裂缝的动态发育规律的研究和控制、对地表建(构)筑物的预警防护和生态环境的保护等具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及矿区控制测量领域，尤其涉及一种煤矿开采地表裂缝产生-发育-闭合时空演变规律实测与理论结合分析方法。

背景技术

对于浅埋深大采高的煤层，煤矿开采扰动了原有岩层之间的应力平衡，导致上覆岩层运动破坏，当采空区达到一定程度时，上覆岩层的变形和破坏将会上传到地表，在地表拉伸地带会形成裂缝。

工作面地表裂缝的发育存在一个动态发育的过程，包括从产生到发育再到闭合是一个在时间基线上空间位置发生变化的动态演变过程，对于这个过程需要通过对裂缝的发育尺度进行现场勘查和实测。

对于裂缝动态演变规律研究目前主要有数值模拟方法，现场实测方法，物理模拟方法，但是目前的数值模拟软件较难模拟出地表裂缝的动态演变规律，只能静态地模拟裂缝的形成机理。对于物理模拟方法，目前主要限制于二维剖面模拟，即使出现裂缝，也只是局限于在剖面岩层，无法观测到地表裂缝的形成和动态演变过程。目前的现场实测方法，对于裂缝的深度测量，有提出使用微震探测仪探测裂缝的深度，但是成本较高，也有提出使用石灰浆作为示踪剂进行开挖实测的案例，但是石灰浆容易在土壤中发生渗漏，在开挖实测时易造成裂缝测量深度的误差。

因此，如何提出克服现有裂缝动态规律研究的技术问题，是亟待解决的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种煤矿开采地表裂缝产生-发育-闭合时空演变规律实测与理论分析方法，以解决现有技术难以实现对煤矿开采地表裂缝动态演变规律的研究。

本发明是通过以下两种技术方案实现的：

技术方案1、实测分析法

步骤1、确定裂缝产生时间点

在采空区边界距离倾向监测线100m时，以10天每次的频率开始对靠近工作面边界的地表区域进行勘察调研，对裂缝出现的时间节点进行记录，并对裂缝的数量、形状、空间尺度进行一个初步的测量和记录。

步骤2、测量裂缝的长度和宽度

对于裂缝的宽度，采用钢尺量距法进行逐段测量确定裂缝宽度范围，对于裂缝发育宽度较为均匀的则取平均值作为裂缝宽度数据；对于裂缝的长度需要根据裂缝的形状分为两种方法，分别是软绳-钢尺量距法和直接钢尺量距法，软绳-钢尺量距法是先通过软绳按照裂缝发育形状布置一样形状和长度的软绳，再在软绳两端做好标记，拉直软绳，利用钢尺量距法测量软绳两端标记之间的长度即得裂缝长度。裂缝呈现的形状一般是直线延伸和凹向工作面方向的“O”或“C”形，故对直线延伸的裂缝长度测量采用直接钢尺量距法，对于呈“O”或“C”形分布的裂缝采用软绳-钢尺量距法。

步骤3、测量裂缝的深度

对于裂缝的深度，采用石灰喷雾作为示踪剂，将生石灰粉沿裂缝口以喷雾形式通过高压喷雾管喷出，再进行开挖实测裂缝深度，通过取土器挖出一整块包含裂缝在内的块状土，通过钢尺量距法测量块状土体表面到示踪剂标记最下端的长度值，则为裂缝深度。对于取出的块状土体要小心放回原坑位，以保证裂缝的完整性。

步骤4、裂缝平面位置的数据采集