厚表土薄基岩煤矿立井井筒偏斜量的预计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112749477A(43)申请公布日2021.05.04(21)申请号202011384926.7(22)申请日2020.11.30(71)申请人安徽理工大学地址232001安徽省淮南市田家庵区舜耕中路168号申请人安徽建筑大学安徽省煤田地质局第一勘探队(72)发明人程桦彭世龙姚直书孙家应荣传新王晓健蔡海兵郑腾龙(74)专利代理机构北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)11387代理人刘春成徐丽娜(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书5页说明书12页附图5页(54)发明名称厚表土薄基岩煤矿立井井筒偏斜量的预计方法(57)摘要本发明提供一种厚表土薄基岩煤矿立井井筒偏斜量的预计方法，所述预计方法包括如下步骤：1)建立煤层开采引发地层水平移动的预计模型；2)建立底部含水层疏水固结引发地层水平移动的预计模型；3)获得所述厚表土薄基岩开采引发地层水平移动量的预计模型；4)通过所述厚表土薄基岩开采引发地层水平移动量预计模型计算所述煤矿立井井筒偏斜量。该预计方法竖直方向将研究视角延伸到深部承压含水地层疏水固结过程中的水土耦合作用，水平方向将研究视角拓展到工业广场与底部含水层非对称疏水范围，探究厚表土薄基岩开采与底含非对称疏水固结沉降共同作用下的立井井筒偏斜规律，为进一步揭示其偏斜机理提供理论依据。CN112749477ACN112749477A权利要求书1/5页1.一种厚表土薄基岩煤矿立井井筒偏斜量的预计方法，其特征在于，煤矿立井井筒由地表至下依次穿越的地层为：厚表土层和薄基岩层，所述厚表土层的上表面为所述地表、所述厚表土层的下部为底部含水层、所述地表与所述底部含水层之间为上覆表土层，所述上覆表土层包括多层上部含水层和多层隔水层，所述上部含水层和所述隔水层交替出现，与所述底部含水层的上端接触的为一层所述上部隔水层，所述底部含水层内为具有固相土粒和承压水的固液两相随机介质；煤矿采区由地表至下依次穿越的地层为：厚表土层、薄基岩层和煤层；所述煤矿立井井筒偏斜量由所穿越地层的水平移动所致，所述水平移动由煤层开采和底部含水层疏水固结共同引发，所述煤矿立井井筒偏斜量体现为地层的水平移动，所述预计方法包括如下步骤：1)建立煤层开采引发地层水平移动的预计模型在二维坐标系情况下任一煤层单元dξ2dη2开采引发上覆地层任意点A(x,z)的下沉量Wce(x,z)为：r(z)：煤层开采对z水平地层沉陷的影响半径，r(z)＝(H+z)/tanβ2；dξ2：所述煤层单元的水平尺寸；dη2：所述煤层单元的竖向尺寸；β2：主要影响角正切；将所述二维坐标扩展为三维坐标系统，若煤层是水平的，煤层坐标系o2、ξ2、η2和地层变形坐标系o、x、y、z水平投影重合，则煤层单元的开采引发地层任意点A(x,y,z)的下沉量Wce(x,y,z)为：在倾斜煤层中，煤层顶板的最大下沉量为W0，则在整个开采范围Ω2内采煤引发地层任意点A(x,y,z)点的下沉量为：则在整个开采范围Ω2内采煤引起地层任意点A(x,y,z)点沿任意方向的水平移动的移动量为：b为水平移动系数，为地层任意点A(x,y,z)任一方向顺时针与x轴的夹角；2)建立底部含水层疏水固结引发地层水平移动的预计模型所述底部含水层疏水固结引发的地层任意点的下沉量Ww(x,y,z)可由下沉源函数和下沉传播分布函数表示为：2CN112749477A权利要求书2/5页其中，Ω1为底部含水层疏水区域；则所述底部含水层疏水固结引发的地层任意点A(x,y,z)沿任意方向的水平移动的移动量为：B为厚表土层水平移动系数；η1为上覆地层某一点到底部含水层底部的距离，在地表任意处η1＝H，H为所述厚表土层的厚度；β1为底含疏水固结引起上覆地层沉降的主要影响范围角；3)将所述煤层开采和所述底部含水层疏水固结引发的地层水平移动的移动量进行线性叠加以获得所述厚表土薄基岩开采引发地层水平移动量的预计模型；4)通过所述厚表土薄基岩开采引发地层水平移动量预计模型计算所述煤矿立井井筒偏斜量。2.根据权利要求1所述的预计方法，其特征在于，在所述步骤2)中，由所述下沉源函数计算得到底部含水层三维单元疏水产生的压缩变形量ds，在二维坐标系中，底部含水层疏水前位于深度H‑η1处的平面单元dξ1dη1固相土粒间的有效应力为σ满足如下计算公式：σ＝(H‑M)γ0+(M‑η1)γf‑(h‑η1)γw式7其中，η1：底部含水层内任一平面单元到底部含水层底部的距离；γ0：底部含水层以上33所有地层土体的平均容重，kN/m；γf：底部含水层内承压水中饱和土体的容重，kN/m；γw：底部含水层内承压孔隙水的容重，kN/m3；h：底部含水层各