一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统

本发明属于开采沉陷领域，更具体地说，本发明涉及一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统。

背景技术：

现如今很多矿区属于厚冲积层含水层矿区，开采沉陷规律独特。如：煤炭开采后地表下沉系数大，影响范围广、水平移动边界大于下沉边界等，对地表及建构筑物损害严重。由于采动岩体力学的复杂性，目前大多基于现场实测资料研究开采沉陷规律及各种角值参数、预测参数与地质采矿条件的关系，但由于工作面长度有限，往往根据地表移动观测资料获取的各种参数均为非充分采动条件的移动参数，需要根据采动系数将换算成充分采动条件下的参数，目前厚冲积层矿区采动系数确定方法主要有三种：1、采用工作面长度与基岩厚度确定采动系数；2、采用工作面长度与采深比确定采动系数；3、考虑部分冲积层厚度的影响。这些方法或未考虑冲积层厚度的影响(方法1)，或过高考虑冲积层厚度的影响(方法2)，或靠经验确定冲积层厚度的影响(方法3)。由于厚冲积层矿区采动系数确定方法的不准确性，使根据实测资料分析获取的边界角、移动角等参数存在误差，用这些参数留设的建构筑物保护煤柱范围可能偏小，导致位于保护范围外的建筑物、铁路、高速公路等的损害，造成人员伤亡和财产损失。另外，也可能是留设的范围偏大，浪费了大量煤炭资源。

部分地区的矿区冲积层厚度变化约在30m至524m之间，平均开采深度变化约在71m至890m之间，开采厚度变化约在1.5m至5.0m之间，煤层倾角变化约在1至34°，工作面倾向长度变化约85m至362m之间。可见，该区域地质采矿条件变化较大，特别是冲积层厚度和开采深度变化较大，导致各观测站地表采动程度差别较大，如果不考虑采动程度将难以分析开采沉陷角值参数变化规律，从而影响区内受保护建构筑的安全。

为此，本系统可以快速、高精度判断地表是否达到充分采动，从而准确获取开采沉陷规律及参数，为地表建构筑物开采损害、土地塌陷量及塌陷范围等评估提供技术支持，应用前景广阔。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种厚冲积层矿区的采动工作面精准度高、安全充分采动的确定系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统，包括智能终端模块、服务器模块和采动工作面参数模块，智能终端模块包括采动系数计算单元、调试单元和采动工作面确定单元，采动工作面参数模块的信号输出端通过服务器模块与智能终端模块的采动系数计算单元的信号输入端连接，采动系数计算单元的信号输出端与采动工作面确定单元的信号输入端连接，智能终端模块的调试单元的信号输出端与采动工作面参数模块的信号输入端连接。

本技术方案提供的一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统，所述采动工作面参数模块中的参数是由矿区基岩厚度、冲积层厚度、工作面走向长度及倾向长度、冲积层内摩擦角、覆岩垮落角和冲积层拱跨度组成，通过冲积层厚度和覆岩跨落角可得到冲积层拱跨度，所述智能终端模块的采动系数计算单元通过矿区基岩厚度、冲积层厚度、工作面走向长度及倾向长度、冲积层内摩擦角和覆岩垮落角的参数值进行计算。

本技术方案提供的一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统，所述采动系数计算单元的是由地表达到充分采动要求时工作面长度计算部、工作面走向地表采动系数计算部、工作面倾向地表采动系数计算部和采动工作面系数计算部组成，地表达到充分采动要求时工作面长度计算部的信号输出端分别与工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的信号输入端连接，工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的信号输出端与采动工作面系数计算部的信号输入端连接，采动工作面系数计算部的信号输出端与所述智能终端模块的采动工作面确定单元的信号输入端连接，所述矿区基岩厚度为hj、冲积层厚度为h、工作面走向长度及倾向长度分别为d01和d02、冲积层内摩擦角为φ和覆岩垮落角为α、地表达到充分采动要求时工作面长度为l01、所述冲积层拱跨度为l1、工作面走向地表采动系数为n1，工作面倾向地表采动系数为n2，采动工作面系数为n，则地表达到充分采动要求时工作面长度计算部的计算公式为：

工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的计算公式分别为：

(其中，当n1、n2≥1.0时，取n1、n2＝1.0)；

采动工作面系数计算部的计算公式为：

当n＝1时，采动工作面系数计算部的信号输出端与采动工作面确定单元的信号输入端连接，当n＜1时，采动工作面系数计算部的信号输出端与智能终端模块另设置的报警单元的信号输入端连接。

本技术方案提供的一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统，所述调试单元由工作面走向长度调节部及工作面倾向长度调节部组成，工作面走向长度调节部的信号输出端与所述采动工作面参数模块具有的工作面走向长度的信号输入端连接，工作面倾向长度调节部的信号输出端与采动工作面参数模块具有的工作面倾向长度的信号输入端连接。

采用本技术方案，可以快速且精度较高的判断地表是否达到充分采动，由于能够准确获取开采沉陷规律及参数，因此可高效准确且安全的解决厚冲积层矿区的充分采动问题，此方案破解了厚冲积层矿区开采沉陷参数不能准确确定的难题，对于采动系数可进行便捷的计算，且采动系数准确度高，可精准高效的确定安全可充分采动的采动工作面，本系统可在确保绝对安全的前提下对厚冲积层矿区进行充分的采动，不浪费可采动的煤矿资源，也保证了开采范围外的绝对安全，极大幅度的增加经济收益。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的系统流程示意图；

图2为本发明的采动工作面参数模块中参数的结构关系示意图；

图3为本发明的采动系数计算单元与采动工作面确定单元的流程示意图；

图中标记为：hj、矿区基岩厚度；h、冲积层厚度；α、覆岩垮落角；l1、冲积层拱跨度；h拱、冲积层拱高度；h1、冲积层拱顶距离地表距离。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例：

图1所示的一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统包括一种厚冲积层矿区的采动工作面确定系统，其特征在于：包括智能终端模块、服务器模块和采动工作面参数模块，智能终端模块包括采动系数计算单元、调试单元和采动工作面确定单元，采动工作面参数模块的信号输出端通过服务器模块与智能终端模块的采动系数计算单元的信号输入端连接，采动系数计算单元的信号输出端与采动工作面确定单元的信号输入端连接，智能终端模块的调试单元的信号输出端与采动工作面参数模块的信号输入端连接。

采动工作面参数模块中的参数是由矿区基岩厚度、冲积层厚度、工作面走向长度及倾向长度、冲积层内摩擦角、覆岩垮落角和冲积层拱跨度组成，通过冲积层厚度和覆岩跨落角可得到冲积层拱跨度，智能终端模块的采动系数计算单元通过矿区基岩厚度、冲积层厚度、工作面走向长度及倾向长度、冲积层内摩擦角和覆岩垮落角的参数值进行计算。根据某矿厚冲积层矿区地质采矿资料获取矿区基岩厚度hj＝100m、冲积层厚度h＝425m、工作面走向长度d01＝550m及倾向长度d02＝140m、冲积层内摩擦角φ＝7°、覆岩垮落角α＝60°。各参数间的关系如图2所示，图2中包括冲积层拱高度h拱，冲积层拱顶距离地表距离h1。将采动工作面参数模块中的参数通过服务器模块对应发送至智能终端模块具有的采动系数计算单元。

图3所示的采动系数计算单元与采动工作面确定单元的流程示意图，采动系数计算单元的是由地表达到充分采动要求时工作面长度计算部、工作面走向地表采动系数计算部、工作面倾向地表采动系数计算部和采动工作面系数计算部组成，地表达到充分采动要求时工作面长度计算部的信号输出端分别与工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的信号输入端连接，工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的信号输出端与采动工作面系数计算部的信号输入端连接，采动工作面系数计算部的信号输出端与智能终端模块的采动工作面确定单元的信号输入端连接，矿区基岩厚度为hj、冲积层厚度为h、工作面走向长度及倾向长度分别为d01和d02、冲积层内摩擦角为φ和覆岩垮落角为α、地表达到充分采动要求时工作面长度为l01、冲积层拱跨度为l1、工作面走向地表采动系数为n1，工作面倾向地表采动系数为n2，采动工作面系数为n，则地表达到充分采动要求时工作面长度计算部的计算公式为：

工作面走向地表采动系数计算部和工作面倾向地表采动系数计算部的计算公式分别为：

(其中，当n1、n2≥1.0时，取n1、n2＝1.0)；

采动工作面系数计算部的计算公式为：

当n＝1时，采动工作面系数计算部的信号输出端与采动工作面确定单元的信号输入端连接，当n＜1时，采动工作面系数计算部的信号输出端与智能终端模块另设置的报警单元的信号输入端连接。

调试单元由工作面走向长度调节部及工作面倾向长度调节部组成，工作面走向长度调节部的信号输出端与采动工作面参数模块具有的工作面走向长度的信号输入端连接，工作面倾向长度调节部的信号输出端与采动工作面参数模块具有的工作面倾向长度的信号输入端连接。

计算出工作面走向和倾向地表采动系数：n1＝3.11，n2＝0.79；故最终取值为：n1＝1，n2＝0.79，则工作面采动系数：n＝0.89，此时报警单元开始发出警报，且采动工作面确定单元无法确定采动工作面，说明该矿工作面并未达到充分采动，因此需通过调试单元进行调试，可通过工作面倾向长度调节部加大工作面倾向长度至180m，使得开采沉陷角值参数进行修正以确保n1和n2均大于等于1，使得n等于1，然后采动工作面确定单元确定采动工作面，确保采动工作面安全且充分采动。

采用本技术方案，可以快速且精度较高的判断地表是否达到充分采动，由于能够准确获取开采沉陷规律及参数，因此可高效准确且安全的解决厚冲积层矿区的充分采动问题，此方案破解了厚冲积层矿区开采沉陷参数不能准确确定的难题，对于采动系数可进行便捷的计算，且采动系数准确度高，可精准高效的确定安全可充分采动的采动工作面，本系统可在确保绝对安全的前提下对厚冲积层矿区进行充分的采动，不浪费可采动的煤矿资源，也保证了开采范围外的绝对安全，极大幅度的增加经济收益。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。