一种松散层覆盖下的地形平坦区的采煤地面塌陷破坏程度预测方法与流程

本发明属于矿山地质灾害技术领域，具体涉及一种煤矿区地面塌陷破坏程度预测方法。

背景技术：

煤炭作为我国主要一次性消费能源，能源利用占比50％以上。煤炭大规模、高强度开采的同时，其诱发的地面塌陷问题给煤矿区的生态环境造成了巨大的影响。所以，一种合理科学的地面塌陷破坏程度预测方法显得尤为重要。

多年来，许多学者对采煤诱发的地面塌陷问题做出了大量的研究。提出了许多比较可行的理论，如“bp神经网络”，“反正切函数”，“灰色关联分析”等。另外部分研究学者，利用数学里理论公式建立了地表裂缝宽度、深度的预测公式用于该方面的预测。

但是，这些方法存在一定方面的不足，主要表现为：一是，诸如“bp神经网络”，“反正切函数”，“灰色关联分析”等这些数学模型方法多为为危险性评价方法，一般用于评价某一区域是否会因为采煤导致地面塌陷，并未对采煤过程中地面塌陷破坏程度进行定性或定量分析。二是，通过理论预测公式虽然可以预测地表裂缝的最大发育宽度和发育深度，但其预测所需要的数据较为复杂，多样，获取难度大，计算过程麻烦，简便性较差，且只考虑到了表土的性质未考虑煤层埋深、上覆基岩厚度、采煤厚度等条件的影响。上述方法或多或少地均存在可靠性偏低、直观性、简便性不足的缺陷。如何简便、直观、准确地预测采煤造成的地面塌陷特征，确定地面塌陷的破坏程度，为煤矿区的土地复垦、生态环境的修复提供可靠的指导，已经成为本领域技术人员一直渴望解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种松散层覆盖下的地形平坦区的采煤地面塌陷破坏程度预测方法，本发明具有定量、形象以及简便的特点，对煤矿区的生态环境修复具有现实的指导作用。

本发明的技术方案是，一种松散层覆盖下的地形平坦区的采煤地面塌陷破坏程度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，进行地面塌陷破坏程度预测指标的选取：

将煤层埋深、采煤厚度、上覆基岩厚度、松散层厚度以及地表覆盖层类型确定为采煤地面塌陷破坏程度的预测指标。

第二步，依据煤矿待开采区规划图，了解待开采工作面基本地质条件。

第三步，获取待采区内地面塌陷破坏程度预测指标的基础数据，具体做法如下：

从煤矿区钻孔资料中统计得出煤层厚度、煤层埋深、上覆基岩厚度的基础数据；地表覆盖层类型预测指标数据从煤矿区地形地质图中获取；

第四步，基于第一步所述的五个预测指标，采用给出的地面塌陷破坏程度预测表。对待采区工作面的地表裂缝最大发育宽度、发育范围以及裂缝的最大错台高度进行预测。具体做法如下：

按给出的地面塌陷预测表，将获取的待开采工作面的指标数据逐一对应至地面塌陷预测表中，找出指标区间对应的地表裂缝的最大发育宽度、发育范围以及裂缝最大错台高度数据。对应的预测数据即为该待采工作面的地面塌陷预测数据。

其中，当采煤厚度在5-6m之间，平均埋深小于150m，上覆基岩厚度大于80m以及地表被风积沙和黄土覆盖的条件下，工作面开采会造成地面塌陷，裂缝最大发育宽度可达150cm，且有塌陷型裂缝产生，最大错台高度可达200cm，其中平行切眼裂缝发育在工作面内部，切眼及停采线外围150m的范围内；平行顺槽裂缝发育在上山顺槽外围37m，下山顺槽外围54m的范围内。

当采煤厚度在5-7m之间，平均埋深在150-350m之间，上覆基岩厚度在120-320m之间以及地表被风积沙覆盖的条件下，工作面开采会造成地面塌陷，裂缝最大发育宽度可达80cm，且有塌陷型裂缝产生，最大错台高度可达30cm，其中平行切眼裂缝发育在工作面内部，切眼及停采线外围100m的范围内；平行顺槽裂缝发育在上山顺槽外围35m，下山顺槽外围35m的范围内。

当采煤厚度在5-7m之间，平均埋深在350-500m之间，上覆基岩厚度在320-450m之间以及地表被风积沙和黄土覆盖的条件下，工作面开采会造成地面塌陷，裂缝最大发育宽度可达30cm，无塌陷型裂缝产生。平行切眼裂缝较不发育，少数分布在工作面内部；上山方向平行顺槽裂缝不发育，下山方向平行顺槽裂缝以“带状”形式发育在外围100m-140m的范围内。

当采煤厚度在5-7m之间，平均埋深在500-600m之间，上覆基岩厚度在320-450m之间以及地表被黄土层覆盖的条件下，工作面地表，裂缝最大发育宽度可达30cm，无塌陷型裂缝产生。平行切眼裂缝不发育；上山方向平行顺槽裂缝不发育，下山方向平行顺槽裂缝以“带状”形式发育在外围120m-145m的范围内。

当采煤厚度在5-7m之间，平均埋深在>600m，上覆基岩厚度>570m以及地表被风积沙和黄土覆盖的条件下，工作面开采不会造成地表开裂，平行切眼裂缝、平行顺槽裂缝都不发育。

第五步，依据待采工作面的地面塌陷预测结果评定地面塌陷破坏程度等级，具体做法如下：

501确定评定指标并获取指标数据：

将地表裂缝最大发育宽度和最大错台高度作为地面塌陷破坏程度等级的评定指标，并从地面塌陷破坏程度预测数据中提取地表裂缝最大发育宽度和最大错台高度。

502按照如下等级划分依据对目标工作面进行地面塌陷破坏程度评定：

当地表裂缝最大发育宽度>0.5m，最大错台高度>0.5m时，即可将地面塌陷破坏程度等级定为极严重；

当地表裂缝最大发育宽度在0.2～0.5m，最大错台高度在0.25～0.5m之间时，即可将地面塌陷破坏程度等级定为严重；

当地表裂缝最大发育宽度在0.1～0.2m，最大错台高度在0.01～0.25m之间时，即可将地面塌陷破坏程度等级定为中等；

当地表裂缝最大发育宽度0.01～0.1m，最大错台高度0～0.01m，即可将地面塌陷破坏程度等级定为轻微；

当地表裂缝最大发育宽度<0.01m，无错台发育时，即可将地面塌陷破坏程度等级定为极轻微；

在评定地面塌陷破坏程度时，按照“就高不就低”的原则，按照最高评定等级来划分目标工作面的地面塌陷破坏程度。

表1地面塌陷预测表

附图说明

图1是采煤地面塌陷破坏程度预测流程图。

具体实施方式

下面结合附图表和实例，对本发明进行详细说明。

实施例1

以某矿区为例，对待采区工作面地面塌陷破坏程度进行预测，方法如下：

第一步，待采区目标工作面预测指标数据的获取：即选取待开采的工作面，获取该工作面内包括煤层埋深，采煤厚度，上覆基岩厚度，松散层厚度以及地表覆盖层类型在内的4个预测指标数据。煤层埋深、上覆基岩厚度可从钻孔资料中获取，采煤厚度可从回采地质说明书中得到，地表覆盖层类型可从煤矿井上下对照图中提取。

目标工作面预测指标获取情况如下：煤层平均埋深450m，采煤厚度6.8m，上覆基岩厚度430m，松散层厚度23m，地表覆盖层类型为黄土层。

第二步，待开采工作面地面塌陷预测：即按照给出的地面塌陷预测表对待开采工作面的裂缝最大发育宽度，最大错台高度，发育范围进行预测。具体做法如下

根据第一步获得待开采工作面预测指标数据，对照地面塌陷预测表发现，该工作面预测条件符合第三种情况即煤层埋深在350-500m之间，采煤厚度在5-7m之间，上覆基岩厚度在320-450m之间且地表被黄土层覆盖，故待采工作面会造成地面塌陷，其中裂缝最大发育宽度可达30cm，无错台，平行起眼裂缝不发育，平行顺槽裂缝会发育在距离顺槽100-150m的范围内。

第三步，根据地表裂缝最大发育宽度和最大错台高度的预测值对目标工作面地面塌陷破坏程度预测；其中地表裂缝最大发育宽度的预测值为30cm，属地面塌陷破坏程度严重等级；无错台发育则属地面塌陷破坏程度极轻微等级。按照“就高不就低”的原则，预测该目标工作面的地面塌陷破坏程度将达到严重级别。

以上所述，仅是本发明的较佳实例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。