开采沉陷动态预计程序及其应用.pdf

.,.
第4卷第3期测绘工程Vol4No3

,
1995年9月ENGINEERINGOFSURVEYINGANDMAPPINGSEP1995

‘
开采沉陷动态预计程序及其应用

吴侃

(中国矿业大学)

摘要在概率积分法预计模型的墓拙上,提出了开采沉陷动态预计的实用算法,

。、。
给出T下沉速度系数c的计葬公式编制的程序通用性好实用

关键词概率积分;开未沉陷;下沉速度系攀

.
分类号P25:Tn2342

1引言

。
开采沉陷的预计对“三下”采煤的开采实践具有重要作用建筑物下开采时,预计所得的结果

、、
常被用来判别建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度,作为受影响建筑物进行维修加固
就地重建或采取地下开采措施的依据;铁路下采煤时,可以根据预计的结果判断铁路下开采的可

。
能性,估算铁路维修工作量和材料用量,安排维修计划目前,开采沉陷的预计计算,大多局限于

。
计算出工作面开采后对地表产生的最终移动变形值的大小及其分布由于开采沉陷是随着地下

。
煤层开采逐步形成的,是一个复杂的时间和空间过程,因此,仅仅预计出最终移动变形是不够的

、。
在某种程度上说,更关心的是建筑物铁路受开采影响而产生的动态移动变形本文介绍以概率

。
积分法为基础的动态移动变形预计的有关问题及计算程序和应用实例

2开采沉陷动态预计基本原理

2.1理论基础
大量的地表及地下实际观测资料表明,地表点的移动及变形过程是在空间和时间上的连续

、、
过程,而移动与变形是空间和时间的连续函数,它们取决于点的空间位置(二犷:)及时间。),又

。
决定于开采速度和覆岩性质等因素

,,,
如果假设煤层的某个足够小的工作面是在某瞬间突然采出的,weo(x,)wet(:妇分别
为开采该工作面引起地表点p(:,妇的最终的下沉值和在t时刻的下沉值,时间影响函数为

‘收稿日期1994一07一25,截稿日期1995一06一29
第3期吴侃:开采沉陷动态预计程序及其应用

。
f(t)那么

,,·
Wet(x夕)=Weo(劣梦)f(‘)(l)
f(t)=1一e一“(2)
式中,t预计时刻与单元开采时刻之间的时间间隔;

—。。
c下沉速度系数(l/‘或l/)

—、。
其它移动变形可以(l)(2)式为基础求得

,。
公式(2)被许多岩层移动学者用来描述地表移动时间过程取得了相当符合实际的结果与

。
此相反,人们对式中的参数c还没有明确的物理解释,其变化规律也不清楚要使动态预计结果

,。
同实际相吻合正确地确定c值是一个关键

.
22预计数学模型

,,
某一足够小工作面开采引起地表移动变形的动态值计算公式(l)中一项是最终的移动变
形值,另一项是时间的影响系数。最终状态地表移动变形的预计方法有许多种,鉴于概率积分法
在我国应用相当广泛,一般都有现成的预计参数可利用,故在此选用概率积分法的数学模型。

.
23下沉速度系数c值的计算公式
以往下沉速度系数由地表移动动态的观测资料来确定,可用以下几种方法:

一。,。
1)图解法将实测结果制成下沉时间曲线该法虽较简单但受制图精度的限制不很准确

,
2)对比法将实测结果制成下沉时间过程的无因次曲线,选取适当的系数c使实测曲线和

。
理论曲线一致,该法求取工作量较大

。
3)计算法用下沉增量进行计算

.,
以上3种方法都依赖于实测的动态观测站资料由于尚未揭示该值的变化规律对于大多数

。
矿区获取该值都比较困难
据许多观测资料,笔者分析得到下沉速度系数同以下几个因素有关:

。,。
l)下沉速度系数与开采速度成正比如果开采速度是一个变量则c也应是一个变量

,,,
2)下沉速度系数与采深成反比在其它条件相同的情况下采深越大c值越小,反之,也成
立。

。
3)下沉速度系数与上覆岩层的性质有关如果覆岩较硬时,c值较小,覆岩较软时,口值较

。,
大在概率积分法参数中,tg刀也是主要决定于岩层的力学性质的一个参数,如果覆岩较硬时

,。,。
tg刀值较小,而覆岩较软时tg声值较大因此C值应与tg刀值成正比
根据以上分析,可认假定:

··
C=a。ts刀/H(3)
式中:。工作面推进速度,(m/d或m/a)

—,
tg刀—主要影响角正切概率积分法预计参数之一;
H煤层开采深度;

—.
。待求常数
—。.。
用国内外大量实测数据统计分析后得出”20那么

.·。
c=20”ts刀/H
浏绘工程第4卷

3预计程序结构

.
31程序主要摸块及结构框图
预计程序主要有如下几个模块组成:准备模块
准备模块,完成起始数据读入;
第一个工作面
座标转换模块,将座标系统转换为以煤层走向

,坐标转换模块
为:轴正向倾向(指向上山方向)为夕轴正向;
稳定状态预计模块,完成工作面开采后地表稳