【技术实现步骤摘要】
一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法
[0001]本专利技术涉及关键层判定
，具体是一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法。
技术介绍
[0002]关键层指的是对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。实践表明，在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层。其中一层至数层硬厚岩层在采场上覆岩层活动中起到主控作用，而矿井采空区的回采又会使得关键层发生破断，关键层的破断又会引起地表发生沉降作用，所以对关键层层位进行准确判定至关重要。
[0003]目前，关键层层位的判断均在钱鸣高院士的关键层理论公式上展开，该套理论公式计算量较大，计算过程复杂，判断时极不方便，为此，我们提出一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，它创造性的运用现场具体坐标点与上曲下直模型相结合，使得关键层层位判定结果更加准确、可靠，提高了判断效率。
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，包括煤层、直接顶、基本顶、关键层、松散层、上曲下直模型公式、初次垮落断裂线、周期垮落断裂线、地表下沉盆地、拐点G1、点G2、回采工作面、地表和双曲线，包括如下步骤：
[0007]S1、建立参考坐标系：在回采工作面回采过程中，以煤系地层走向方向作剖面，并以走向方向为X轴，竖直方向为Z轴，建立X>‑
Z坐标轴；
[0008]S2、测量地表下沉盆地和地表的拐点G1位置；
[0009]S3、测量地表下沉盆地的地表浅土层沉降区域双曲线上的点G2位置；
[0010]S4、计算：计算采空区地表上覆松散层的沉降规律，上曲下直模型公式中双曲线的公式；
[0011]S5、获取初次垮落断裂线和周期垮落断裂线上点的坐标，进而推导工作面推采过后的初次垮落断裂线和周期垮落断裂线公式；
[0012]S6、构建判定关键层层位的上曲下直模型公式；
[0013]S7、通过S6中得到的上曲下直模型公式中双曲线公式和初次垮落断裂线及周期垮落断裂线方程公式可得到其交点A和交点C，C点和A点即为关键层层位点。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S1中，所述坐标系在构建时，Z坐标轴为地表下沉盆地的中线，且取煤层垂直埋深中点处为坐标原点。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S2中，通过在采空区地表测量的方式，获取地表下沉盆地的拐点G的位置坐标，即G1(X1，Z1)。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S3中，通过在采空区地表测量的方式，获取地表浅土层沉降区域双曲线上的点G2坐标，即G2(X2，Z2)。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，通过步骤S2和步骤S3可得到双曲线上两点坐标G1(X1，Z1)和G2(X2，Z2)，将两点坐标代入上曲下直模型公式中可得双曲线公式为
[0018][0019]其中A和B均为常数。
[0020]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S4中，采空区地表上覆松散层的沉降规律符合
[0021]方程，其中，a＞0，b＞0。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S5中，通过在地下煤层回采工作面探测的方式，得到直接顶断裂线位置，进而得到M1和B点、M2和D点两组点的坐标，即M1(m1，k1)、B(b1，b2)和M2(m2，k2)、D(d1，d2)，通过两点确定一条直线的方式，可分别得到初次垮落断裂线公式和周期垮落断裂线公式。
[0023]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S5中，
[0024]初次垮落断裂线公式为：z＝A1x+a1，其中x≥0，z＜0；
[0025]周期垮落断裂线公式为：z＝A2x+a2，其中x≤0，z＜0；
[0026]其中，A1、a1、A2、a2均为常数。
[0027]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S6中，通过S4得到的双曲线公式和S6中得到的初次垮落断裂线和周期垮落断裂线公式组合，构建判定关键层层位的上曲下直模型公式如下：
[0028][0029]其中，A、B、A1、a1、A2、a2均为常数，且z≥0，x≥0。
[0030]作为本专利技术的一种优选方案，在中，z≥0，x≥0；在z＝A1x+a1中，x≥0，z≤0；在z＝A2x+a2中，x≤0，z≤0。
[0031]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0032]本方案与原有关键层判断方法相比，创造性的运用现场具体坐标点与上曲下直模型相结合，使得关键层层位判定结果更加准确、可靠，提高了判断效率。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的示意图。
[0034]图中标号说明：
[0035]1、煤层；2、直接顶；3、基本顶；4、关键层；5、松散层；6、上曲下直模型公式；7、初次垮落断裂线；8、周期垮落断裂线；9、地表下沉盆地；10、拐点G1；11、点G2；12、回采工作面；13、地表；14、双曲线。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0039]实施例：
[0040]请参阅图1，一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，包括煤层1、直接顶2、基本顶3、关键层4、松散层5、上曲下直模型公式6、初次垮落断裂线7、周期垮落断裂线8、地表下沉盆地9、拐点G110、点G211、回采工作面12、地表13和双曲线14，包括如下步骤：
[0041]S1、建立参考坐标系：在回采工作面12回采过程中，以煤系地层走向方向作剖面，并以走向方向为X轴，竖直方向为Z轴，建立X
‑
Z坐标轴；
[0042]S2、测量地表本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，包括煤层(1)、直接顶(2)、基本顶(3)、关键层(4)、松散层(5)、上曲下直模型公式(6)、初次垮落断裂线(7)、周期垮落断裂线(8)、地表下沉盆地(9)、拐点G1(10)、点G2(11)、回采工作面(12)、地表(13)和双曲线(14)，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立参考坐标系：在回采工作面(12)回采过程中，以煤系地层走向方向作剖面，并以走向方向为X轴，竖直方向为Z轴，建立X
‑
Z坐标轴；S2、测量地表下沉盆地(9)和地表(13)的拐点G1(10)位置；S3、测量地表下沉盆地(9)的地表(13)浅土层沉降区域双曲线(14)上的点G2(11)位置；S4、计算：计算采空区地表(13)上覆松散层(15)的沉降规律，上曲下直模型公式(6)中双曲线(14)的公式；S5、获取初次垮落断裂线(7)和周期垮落断裂线(8)上点的坐标，进而推导工作面推采过后的初次垮落断裂线(7)和周期垮落断裂线(8)公式；S6、构建判定关键层(4)层位的上曲下直模型公式(6)；S7、通过S6中得到的上曲下直模型公式(6)中双曲线(14)公式和初次垮落断裂线(7)及周期垮落断裂线(8)方程公式可得到其交点A和交点C，C点和A点即为关键层层位点。2.根据权利要求1所述的一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述坐标系在构建时，Z坐标轴为地表下沉盆地(9)的中线，且取煤层(1)垂直埋深中点处为坐标原点。3.根据权利要求1所述的一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，其特征在于：在步骤S2中，通过在采空区地表(13)测量的方式，获取地表下沉盆地(9)的拐点G1(10)的位置坐标，即G1(X1，Z1)。4.根据权利要求1所述的一种基于模型判定矿井采空区上覆关键层层位的方法，其特征在于：在步骤S3中，通过在采空区地表(13)测量的方式，获取地表(13...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜宁，宋刚，韩猛，马新青，胡永磊，陈金明，张强，丁智奔，杨继强，
申请(专利权)人：中煤邯郸设计工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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