基于时空关系的矿山采空区覆岩沉降动态预测方法
【专利摘要】本发明涉及矿山采空区覆岩移动预测技术，是一种基于时间和空间关系的采空区覆岩沉降动态预测方法。地下矿山的大量开采常导致覆岩的沉降，影响了矿山的安全生产，给人们的生命财产造成了威胁，同时也对生态环境造成破坏。覆岩沉降受多种复杂因素影响，所以对覆岩沉降的预测是当前该领域中的一个国际难题。本发明通过总结、分析大量矿山沉降资料，将覆岩沉降分4种类型，通过对覆岩沉降量、沉降时间、沉降速度及加速度的关系分析，最终得出符合不同沉降类型的覆岩沉降时间和空间关系动态预测模型该模型实用性强、实施过程简洁、经济、安全，可为矿山未来沉降量与沉降时间的关系进行预测，指导矿山安全生产。
【专利说明】基于时空关系的矿山采空区覆岩沉降动态预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山采空区覆岩移动预测技术，是一种基于时间和空间关系的采空区覆岩沉降动态预测方法。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的飞速发展，对矿产品的需求越来越大，很多矿物需要地下开采，矿物的大量开采会留下大面积的采空区，由于应力平衡因素随着空区体积的增大及时间的推移，常导致采空区覆岩沉降或破坏，进而影响矿山安全生产；更为甚者覆岩移动波及到地表使地表变形和塌陷，造成人员伤亡、农田破坏、地面建筑物损坏，改变地表环境和潜水环境，是一种严重影响生态环境的工程地质灾害。为了补偿因矿山开采覆岩移动导致安全事故造成的损失，我国一些矿山每年为此支付的赔偿费达数千万元，甚至超过亿元，如治理安徽淮南的大片采矿沉降区国家耗资就达12亿元之多。
[0003]覆岩沉降移动过程受地质条件、采矿方法、顶板控制、矿体厚度、倾角、岩石物理力学性质、地质构造以及岩石的风化程度等复杂因素影响，因此，对采空区覆岩沉降的预测是当前该领域中的一个国际难题，也是一个热点问题。覆岩沉降一般有“三带”，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。弯曲带波及地表形成所谓的沉降盆地，沉降盆地的形成是一个随着地下开采的进行而不断扩大的动态过程，当开采结束后，地表下沉持续一定的时间后趋于稳定，形成最终的沉降盆地。近年来，不少专家学者在研究覆岩与地表移动规律时，提出了预测开采地面沉降的不少经验与方法，但这些方法各有优缺点。
[0004]对于地下采矿引起的覆岩沉降，早在1952年波兰学者Knothe提出了地表下沉量与时间关系的时间函数模型:
【权利要求】
1.一种基于时空关系的矿山采空区覆岩沉降动态预测方法，包括如下步骤: 第一步:测量出要预测矿山的采空区影响半径r，建立二维坐标系，以覆岩未沉降时为O点，以地表水平面为X轴，垂直于采空区中心点的竖直向下为^00轴，以采空区覆岩最大沉降点为对称中心； 第二步:根据测量的实际需要，在距采空区中心不同的距离选取一定数量的监测点，分别记为Xl，X2, X3L，其中X值是该监测点与采空区中心点的水平距离，可通过实测得到；第三步:矿山开采后，每间隔一定时间测量一次这些点的沉降量Wm(X，t)，然后通过公式
2.根据权利要求1所述的一种基于时空关系的矿山采空区覆岩沉降动态预测方法，其特征是:具体步骤如下: 第一步:测量出要预测矿山的采空区影响半径r，以矿山覆岩未沉降时为O点，以覆岩层地表水平面为X轴，垂直于采空区中心点的竖直向下为^00轴，建立二维坐标系，以采空区覆岩最大沉降点为对称中心，取覆岩垂直剖面的一半为研究对象，采空区影响半径r=425m ； 第二步:根据测量的实际需要，在距采空区中心不同的距离选取一定数量的监测点，分别记为Xl，X2, X3L，其中X值的确定是该监测点与采空区的水平距离，可通过实测得到；对矿山取监测点的坐标分别为 0,42.5,85,127.5,170,212.5,255,297.5,340,382.5,425 ； 第三步:矿山开采后在一定时间范围内，每隔一段时间实地测量一次监测点沉降量，通过沉降量和实测的时间求出矿山沉降的加速度值的正负变化情况，再确定矿山沉降属于哪种类型，然后根据已测数据代入模型中求出时间系数的β i(i=0，1，2，3，4)，最后根据具体模型进行矿山沉降动态时空关系预测；对矿山每间隔300d测量一次各测点沉降量，沉降开始时各点的沉降量为0，如表1所示，覆岩沉降稳定时实测沉降曲线； 表1矿山监测点实测沉降量与时间关系
【文档编号】G06Q50/02GK103606019SQ201310647965
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】赵康, 赵晓东, 赵奎, 程渭民, 王晓军, 金解放 申请人:江西理工大学