【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山采动损害与生态修复领域，具体是一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法。
技术介绍
1、地裂缝灾害作为一种煤矿开采过程中典型的生态损害形式，带来土壤退化、植被破坏、溃水溃沙等诸多生态环境问题，同时毁坏房屋建筑、农田、道路、桥梁、水利设施等地表建筑物。地裂缝灾害防治已经成为矿山开采沉陷与生态修复领域亟需解决的重要课题。现有的煤层开采地裂缝治理方法主要以被动型和避让型防治方法为主。
2、被动型防治方法是地裂缝发育后的治理方法，基本原理是通过现场勘测，将地裂缝分为拉伸型、台阶型、张开型、地堑型、塌陷型等，根据不同类型地裂缝的发育特点，按照“填充裂缝→平整场地→植被恢复”流程治理。对于地表建筑物，一般通过开采沉陷预测，在村庄下、河流下、建筑物下留设较大宽度的煤柱；或此区域内直接放弃资源开采，将其留置地下；或此区域采用充填开采、条带开采等方法，但显著降低了资源回收率，经济效益不佳。对于地表建筑物，一般通过加固建筑结构和地基基础来抵抗地裂缝引起的结构破坏，但必然增加了设计与建设成本。申请号为202010327316.7的文献公布了一种基于谷坊群的浅埋厚煤层开采地表塌陷裂缝治理方法，根据宽大裂缝的发育特征，对裂缝发育区进行局部地形改造，形成人工沟道，结合生物措施进行生态修复。申请号为201911162933.x的文献公布了一种西部风积沙区采煤沉陷地治理方法，以风积沙区开采沉陷分布规律为依据，将裂缝充填与荒漠化防治、水土保持及植被恢复相结合。
3、避让型防治方法是指通过规定一定的安全距离，使建筑物远
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法。
2、本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤1、建立初始数值模型，获得初始地表沉陷曲线并确定地裂缝强烈发育位置；
4、步骤2、建立地裂缝存在下的数值模型，获得地裂缝存在下的地表沉陷曲线，研究地裂缝对步骤1的初始地表沉陷曲线的影响；
5、步骤3、建立若干个隔离沟存在下的数值模型，研究不同参数的隔离沟对步骤2得到的地裂缝存在下的地表沉陷曲线的影响，得到隔离沟达到满意隔离效果的参数；
6、步骤4、根据步骤3得到的隔离沟达到满意隔离效果的参数，进行现场施工。
7、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
8、（1）本专利技术在重新明晰被动型、避让型防治方法有效性、适用性、经济性的基础上，提出了一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，通过数值计算提前预判地裂缝强烈发育位置，预先主动设置隔离沟，提前阻断因地下煤层开采引起的地表变形破坏传递路径。
9、（2）本专利技术基于山区地表沉陷特征为依据，以矿山开采沉陷与生态修复理论为指导，通过地表沉陷预测，预先在地表设置隔离沟，实现了在工作面开采前，预先主动目标保护物的目标，改变了以往在工作面开采后，地裂缝已经发育，地表已经发生沉陷，被动地对地裂缝进行治理的局面。
10、（3）本专利技术对地裂缝灾害实现了主动防控，减小因地裂缝发育导致的地表沉降变形，缩小地表基建设施的避让距离，真正实现了转移、引导、减弱地裂缝发育对地表的损伤程度，原理科学，施工简单，方便快捷，安全有效。
11、（4）本专利技术将地裂缝治理与地表环境保护相结合，对促进山区采煤塌陷地生态修复、保护生态环境、建设绿色矿山具有重要现实意义，不仅可以实现地裂缝灾害的主动防治，而且可以实现社会效益、生态效益与经济效益的统一。
12、（5）本专利技术设置隔离沟转移、减小了地裂缝对地表的损伤。一方面，隔离沟减小了地裂缝对地表的损伤范围，一定程度阻断了应力场的传播路径，阻止了地表损伤范围的扩大；另一方面，通过隔离沟将目标保护物与移动岩体隔离开，且隔离沟内充填了松散充填材料。当岩层继续移动时，挤压松散充填材料物，使得作用力传递不到目标保护物，一定程度上阻断了力的传播路径。同时，因松散充填材料具有一定的让压、卸压作用，也减弱了力的作用程度。
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1.一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤1具体是：首先获取采煤工作面上覆地表沉陷预测区的煤岩层物理力学参数和表土层物理力学参数；再基于煤岩层物理力学参数和表土层物理力学参数，建立初始数值模型；再对初始数值模型进行计算，模拟煤层开采后的地表沉陷过程，获得初始地表沉陷曲线；最后根据初始地表沉陷曲线，划分出地裂缝强烈发育区，再在地裂缝强烈发育区中圈定地裂缝强烈发育位置，为确定隔离沟的位置提供依据。
3.根据权利要求2所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤1中，煤岩层物理力学参数包括抗拉强度、剪切模量、体积模量、粘聚力、内摩擦角、密度、厚度和综合柱状图；
4.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤2具体是：首先获取地裂缝基本参数和地裂缝强度参数；再根据地裂缝基本参数和地裂缝强度参数在步骤1得到的初始数值模型中不存在边界效应的某一位置设置一条地裂缝模拟单元，建立地裂
5.根据权利要求4所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤2中，地裂缝基本参数包括地裂缝倾角、错动量和地下延伸深度；
6.根据权利要求5所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，地裂缝倾角为60~80°，错动量为10~100cm；地下延伸深度取值50m。
7.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤3具体是：
8.根据权利要求7所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤S3.1中，隔离沟与目标保护物的安全距离大于20m；
9.根据权利要求8所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤S3.2中，隔离沟的长度与地裂缝延伸长度相当，宽度为0.5~1m，深度为10~15m；
10.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤4中，隔离沟的现场施工方法是：根据步骤3得到的隔离沟的位置与隔离沟达到满意隔离效果的参数，使用乳化炸药由上而下进行循环爆破，爆破碎石运输至地面；再将充填材料逐层铺垫在隔离沟内，直到铺至距地表0.5~1.0m；然后覆盖表土，直到高出地表0.1~0.3m；最后进行夯实，防止地表水和雨水渗入隔离沟。
...【技术特征摘要】
1.一种基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤1具体是：首先获取采煤工作面上覆地表沉陷预测区的煤岩层物理力学参数和表土层物理力学参数；再基于煤岩层物理力学参数和表土层物理力学参数，建立初始数值模型；再对初始数值模型进行计算，模拟煤层开采后的地表沉陷过程，获得初始地表沉陷曲线；最后根据初始地表沉陷曲线，划分出地裂缝强烈发育区，再在地裂缝强烈发育区中圈定地裂缝强烈发育位置，为确定隔离沟的位置提供依据。
3.根据权利要求2所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤1中，煤岩层物理力学参数包括抗拉强度、剪切模量、体积模量、粘聚力、内摩擦角、密度、厚度和综合柱状图；
4.根据权利要求1所述的基于隔离沟的主动型山区采煤地裂缝减损方法，其特征在于，步骤2具体是：首先获取地裂缝基本参数和地裂缝强度参数；再根据地裂缝基本参数和地裂缝强度参数在步骤1得到的初始数值模型中不存在边界效应的某一位置设置一条地裂缝模拟单元，建立地裂缝存在下的数值模型；再对地裂缝存在下的数值模型进行模拟计算，获得地裂缝存在下的地表沉陷曲线，与步骤1得到的初始地表沉陷曲线进行对比，得到地裂缝对步骤1的初始地表沉陷曲...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱恒忠，汪华君，曹俊才，李延伟，李晓斌，谢晓深，王宝，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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