[发明专利]一种基于沉降监测数据的煤矿老采空区场地稳定性定量评价方法

摘要

本发明公开了一种基于沉降监测数据的煤矿老采空区场地稳定性定量评价方法，适用于主沉降已经结束的垮落法开采老采空区场地。其步骤为1）在煤矿老采空区地表布置监测线，获得地表沉降监测数据；2）基于监测数据的地表变形特征初步分析；3）煤矿老采空区地表变形计算；4）老采空区场地稳定性评价。本方法能够利用考虑时间效应的概率积分法，在参数确定时，根据实际监测沉降的增加量=计算得到的残余沉降的减少量这个关系式，因而采用2年以上的监测数据即可开展评价工作，操作简便、易于进行，并且评价依据行业标准、规程，评价效果好，极大方便了煤矿老采空区场地稳定性定量评价的开展。

主权项

一种基于沉降监测数据的煤矿老采空区场地稳定性定量评价方法，其特征在于：包括下述步骤1)在煤矿老采空区地表布置监测线，获得地表沉降监测数据布置方法为：针对开采工作面，按平行煤层走向布置至少1条监测线，垂直煤层走向布置至少3条监测线；2)基于监测数据的地表变形特征初步分析根据监测数据进行分析，进行两个方面的分析：(1)确定地表沉降最大下沉点位置根据获得的实测数据建立各沉降点和沉降量的下沉曲线图，然后分析平行和垂直煤层走向的监测点沉降量，找出最大下沉点的位置及编号；(2)判定主沉降是否结束根据步骤(1)所确定的最大下沉点的下沉量与时间关系曲线及下沉速度曲线，与包含一般采空区地表下沉规律曲线的图相对比，如果实际监测得到的下沉曲线模式进入了衰退期模式，可以判定采空区主沉降已经结束，如果老采空区的主沉降已经结束，即可认为老采空区场地的剩余沉降量等于残余沉降量；即可依据此数据进行地表变形计算；3)煤矿老采空区地表变形计算对于缓倾斜煤层，采用概率积分法计算公式，下沉值：W(x,y)=W0∫∫D1r2exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-1)]]>倾斜：ix(x,y)=W0∫∫D2π(s-x)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtiy(x,y)=W0∫∫D2π(t-y)r4exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-2)]]>曲率：Kx(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtKy(x,y)=W0∫∫D2πr4(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-3)]]>水平移动：Ux(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtUx(x,y)=U0∫∫D2π(s-x)r3exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-4)]]>水平变形：ϵx(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(s-x)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdtϵy(x,y)=U0∫∫D2πr3(2π(t-y)2r2-1)exp(-π(s-x)2+(t-y)2r2)dsdt---(1-5)]]>式中：W(x,y)为地表任意点的下沉值，坐标为x和y，单位mm；ix(x,y)、KX(x,y)、UX(x,y)、εx(x,y)分别为地表任意点x方向的倾斜值，其中地表任意点坐标为x和y，单位mm/m；曲率值，单位10‑3/m；水平移动值，单位mm；和水平变形值，单位mm/m；iy(x,y)、Ky(x,y)、Uy(x,y)、εy(x,y)分别为地表任意点y方向的倾斜值，地表任意点的坐标为x和y，单位mm/m；曲率值，单位10‑3/m；水平移动值，单位mm；和水平变形值，单位mm/m；W0、U0分别为地表充分采动的最大下沉值和最大水平移动值，单位mm；其中，W0=ηMcos(α)U0=bW0---(1-6)]]>D为工作面倾斜长度和走向长度确定的积分范围，m2；r为主要影响半径，m；η为下沉系数；M为开采煤层厚度，m；α为煤层倾角，单位度；b为水平移动系数；假定在荷载作用下或风化作用下，破裂岩体存在的空隙、裂隙和离层离缝完全闭合，下沉系数达到1，则最大残余下沉系数的计算表达式为：η′＝1‑η       (1‑7)残余下沉系数随下沉时间的表达式为：η′t＝Ae‑Bt     (1‑8)，其中，A和B均为确定的参数；将残余下沉系数η′t替换式(1‑6)中的下沉系数η，就可以计算不同时期的最大残余沉降量：We＝η′tMcos(α)    (1‑9)再将We替换式(1‑2)～(1‑3)中的W0，用Web替换(1‑4)～(1‑5)中的U0，即可利用Matlab软件编制程序计算残余倾斜、曲率和水平变形的大小，然后绘制残余下沉值等值线、倾斜值等值线、水平变形等值线和曲率值等值线图；4)老采空区场地稳定性评价(1)根据得到的上述数据和图，根据评价标准即可对老采空区场地的稳定性进行评价；场地稳定性评价标准依据《采空区公路设计与施工技术细则》进行，JTG/T‑D31‑03‑2011；(2)依据上述标准，将计算得到的残余下沉值、倾斜值、水平变形值和曲率值4个指标进行综合比对，并画出对比图；(3)根据稳定性评价标准和对比图画出按稳定标准确定的分区界线，提取出坐标，将其投影到CAD图上，就得到了老采空区场地稳定性评价分区图。