[发明专利]一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法

摘要

本发明公开了一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法，其包括以下步骤获取覆岩内部下沉系数与地表下沉系数；将覆岩内部下沉系数、地表下沉系数与岩层不同水平位置联系起来，通过最小二乘原理分析，进行非线性曲线拟合，得出覆岩内部下沉系数、地表下沉系数与岩层水平的函数关系式，该关系式能表述厚松散层薄基岩开采条件下覆岩及地表一体化下沉系数函数关系。本发明对促进厚松散层薄基岩条件下煤层开采覆岩运动与地表沉陷预测及其控制研究具有积极作用，对于“三下”开采中保护煤柱设计尺寸和工作面合理布局的优化、地下煤炭资源采出率的提高、地表建（构）筑物的保护、经济发展和保护生态环境协调性发展等方面均具有指导意义。

主权项

一种煤矿开采覆岩及地表移动变形一体化规律的研究方法，其为研究厚松散层薄基岩采煤条件下覆岩及地表移动变形一体化规律的方法，其特征在于：其包括以下步骤：获取覆岩内部下沉系数与地表下沉系数，采用建立地表移动观测站方法进行实测获取地表下沉系数；所述地表下沉系数的获取，通过综合分析工作面地质采矿条件和地面实际地形，并顾及控制点和监测点长期保存因素，在工作面对应的上方地表沿煤层走向主断面和倾向主断面上设置一条走向和倾向观测线，组成地表移动观测站; 在工作面采动过程中，采用GPS测量和水准测量方法定期监测观测站上各监测点在不同时期内的平面位置和高程位置变化，根据矿山开采沉陷理论中的概率积分法原理求出地表下沉系数；所述覆岩内部下沉系数的获取方法为采用相似模拟实验获取所述覆岩内部下沉系数，在相似材料模型上布设若干条观测线，通过监测观测线上测点位移变化分析获取所述覆岩内部下沉系数，所述覆岩内部下沉系数的获取步骤包括：在距模型5～10m的O点架设全站仪，选择布设在模型固定架上两侧的A、B、C、D四个点，且A、B、C、D这四个点不受开采影响，并且A点与C点保持在同一水平高度，B点与D点保持在另一同一水平高度，A点与B点在同一垂线上，C点与D点在另一同一垂线上；设A点、B点到O点的水平投影距离为L1，C点、D点到O点的距离为L2，L1与L2的水平夹角为θ0，A、B、C、D四个点的竖直角分别是φ1、φ2、φ3、φ4，O1是AB边垂直向下于地面的焦点，假设A、O1两点的高度为H1，B、O1两点的高度为分别为H2；L1满足公式(1)：其中，L2满足公式(2)：其中，取模型内任意点X，设X点到O点的水平投影长度为L，到AB边的水平距离为Lx，到AC边的垂直距离为Hx，所述模型固定架上布设的监测点第i个开采时期的水平移动量Lxi和垂直移动量Hxi满足公式(3)和(4)：其中，对该X点进行观测，可得水平角θ1、θ2；根据所述模型固定架上布设的监测点第i个开采时期的水平移动量Lxi和垂直移动量Hxi，从而得出覆岩内部各条观测线的下沉系数；把所述覆岩内部下沉系数、所述地表下沉系数与不同岩层水平位置联系起来，通过最小二乘原理分析，进行非线性曲线拟合，得出所述覆岩内部下沉系数、所述地表下沉系数与所述岩层水平位置之间的函数关系式，该关系式能表述厚松散层薄基岩开采条件下覆岩及地表一体化下沉系数函数式。