本发明涉及金属矿床地下采矿技术领域，具体是一种采空区临界大冒落跨度的确定方法。
背景技术：
采空区大冒落引起的气浪冲击、突水与地表陷落等灾害已成目前生产矿山最大灾害之一，直到近年这种灾害依然频繁发生，归根结底，是人们虽然知道随着采空区跨度的增大冒落高度增大，但不知道何时发生大冒落，即大冒落发生时间不能确定，有的矿山提前数年甚至提前十余年预防地表塌陷，结果是几年不塌，人员进入警械区照常种植，种植数年没问题，一旦突然冒透地表，很容易造成灾害。井下工作面预留矿石散体防护也是一样，几年不起作用，工人便愿意相信自已的“经验”，不再认真预留防护垫层，结果遭受到大批量冒落乃至大冒落的气浪冲击。应该说，人们的麻痹思想是导致这类灾害频繁发生的主要原因。杜绝此类灾害的发生，最好的办法是确定出大冒落发生的时间，据此实施防治措施，这样容易保障防治措施到位，实现有效防治的效果，但是目前尚未有切实可行的大冒落时间确定方法以及冒落进程控制方法，这就为相关工作人员埋下了安全隐患。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种采空区临界大冒落跨度的确定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采空区临界大冒落跨度的确定方法，具体步骤如下：
步骤一，按照地质资料确定出地表弱化层(包括上覆第四纪岩层与风化层)的厚度hf、原岩的抗压强度tc和采空区上覆岩体的平均容重γ，在沿矿体延深方向的剖面上，从上向下逐分段量取分段水平的采空区底板埋深h以及每一分段的采空区宽度li；
步骤二，按下式确定采空区临界大冒落跨度：
步骤三，从首采分段开始，圈定每一分段的回采面积，逐分段投影到一个平面上，在此平面上量测等价圆直径，列出各分段所在深度h与对应累加采空区等价圆直径l，与由步骤二中的公式按h值计算的lj对比，当l≧lj时，对应的分段将引起大冒落发生，为大冒落发生分段；
步骤四，在大冒落发生分段，按分段回采进度计划，确定出回采范围达到临界大冒落跨度的时间，作为大冒落发生的预测时间。
作为本发明进一步的方案：当用于预测冒透地表和在地表形成塌陷坑时间时，tc按采空区上覆未风化岩层的平均抗压强度计算；当用于保护地表不塌陷时，tc按采空区上覆未风化岩层的抗压强度的较低值计算。
作为本发明进一步的方案：tc为岩石抗压强度与岩体完整性系数的乘积。
作为本发明进一步的方案：在均匀扩大采空区跨度的回采条件下，在采空区跨度达到临界大冒落跨度之前，一般顶板围岩按零星冒落形式冒落，在达到临界大冒落跨度之后，通常为大批量冒落并且形成冲击气浪，此时需事先封堵工作面与采空区的通口，严防冒落气浪冲击。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明根据地表弱化层厚度和采空区底板埋深来确定采空区临界大冒落跨度；依据临界大冒落跨度控制地下回采范围，以控制采空区的冒落进程，或依据地下采空区达到临界大冒落跨度的时间，预测大冒落和地表塌陷坑形成的时间，安全经济地防治采空区大冒落危害；本发明适用于倾斜缓倾斜厚大矿体地下崩落法开采矿山或该类矿体空场嗣后充填的矿山，前者适用于采空区冒落危害预测与防治，后者适用于保护地表不被破坏，可取得安全、经济和高效的防治效果。
附图说明
图1为采空区临界大冒落跨度的确定方法的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种采空区临界大冒落跨度的确定方法，具体步骤如下：首先按地质资料确定出地表弱化层(包括上覆第四纪岩层与风化层)厚度hf；在沿矿体延深方向的剖面上，从上向下逐分段量取分段水平的采空区底板埋深hi，以及每一分段的采空区宽度li，在连续扩展采空区中，采用等价圆直径(空区投影面内所能容纳的最大圆的直径)表示采空区的有效跨度，按等价圆直径达到临界大冒落跨度的时间，预测大冒落发生的时间；同理，控制等价圆直径，使其小于临界大冒落跨度的时间，便可推延大冒落时间。当地表地形不平坦时，按达到临界大冒落跨度时的采空区中心位置量取采空区底板埋深h，按下式计算h对应的临界大冒落跨度值：
在以往的研究中，人们已经揭示出采空区冒落经历初始冒落、持续冒落、大冒落与侧向崩落阶段，最终在地表形成塌陷坑，但没能给出持续冒落与大冒落跨度的确定方法。发明人经过多年研究矿山的实际冒落过程，发现持续冒落与大冒落经常不可分割，持续冒落是冒透地表的前奏，在重力场作用下，当冒落拱进入地表弱化岩层、同时采空区高度能够容纳冒落岩体的碎胀量时，便快速发生通达地表的大冒落，由此提出临界大冒落跨度计算式。依据临界大冒落跨度的形成时间，确定采空区大冒落危害发生的时间，据此实施防治措施，可取得安全、经济、高效的防治效果。本发明特别适用于倾斜缓倾斜厚大矿体、应用无底柱分段崩落法开采、地表允许冒落的金属矿山，为制定安全生产计划与生产安全管理提供依据，依据该方法控制冒落进程，也可用于充填治理采空区保护地表不受破坏。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。