煤礦開采沉陷預計理論與方法研究評述

李春濤

冀中能源股份有限公司邢臺礦綜采一隊 河北邢臺 054000

大量的技術研究成果表明，開采沉陷發生程度的預測和分析不僅是科學有效地評價和分析開采損害事件發生程度、選擇和確定開采損害事件控制措施的前提，也是進行煤炭開采生產方案設計優化、土地復墾和地基穩定性評價過程中需要依賴的基本條件[1]。

1 開采沉陷的影響因素

（1）過冷層的力學性能與巖層相結合，由此產生的巖層關鍵層損壞控制巖層的運動，使巖層關鍵層與地面成對，產生了沉積層。

（2）礦區松散層的厚度影響曲面運動。如果位于反向斷裂帶的含水層在采礦區內會引起淤積現象，漏水后的含水層會固結并引起淤積。

（3）煤層傾角的頻繁變化將影響地表運動、過載運動模型、失效場和應力場。

（4）采礦的厚度和深度不均勻，不科學。一般而言，巖層和巖層表面的移動和變形與采礦厚度直接相關，與采礦深度成反比。深度比通常用作測量采礦條件對地表沉降影響的估計指標。深度比越高，曲面運動和變形就越平滑。當深度比非常低（小于30）時，大量裂縫、臺階、溝渠和其他不連續變形將出現在曲面上。

（5）采空區的大小會影響采空區的開采程度，通常以寬度/深度比率表示。當長寬比小于1.2至1.4時，表面未充分利用；當長寬比等于1.2至1.4時，表面已充分利用；大于1、2至1、4的區域應充分利用；完成采礦后，工作面的大小對地表移動和變形影響不大。

（6）反復采礦改變了地表移動的特征和變形參數，其移動法變化不均勻。動作的程度太明顯了，沉船會變得越來越嚴重

（7）采礦和屋頂管理方法。提取方法確定超負荷和表面移動的形狀、順序和方向，屋頂管理方法確定移動空間的大小，然后確定損壞的程度以及超負荷和表面移動的數量。

2 開采沉陷預計的方法

（1）典型的曲線方法。這是一種用典型的無量綱曲線表示移動盆地主斷面運動變形曲線的方法，適用于預測矩形或接近矩形礦區表面運動變形。由于該方法的分布和參數直接基于實測數據，因此其預測誤差較低。但是典型的曲線是為某個礦區建立的。由于每個礦區的地質條件不同，其他礦區不能偶爾適用；典型的曲線需要從觀測站獲得大量的測量數據，這種方法不適用于測量數據不足的地區；此外，這種方法原則上只適用于預測矩形或準矩形采礦區的地表移動和變形，當非正規采礦面臨工作面時，預測誤差很大。所有這些因素限制了典型曲線方法的應用與推廣。

（2）截面特征方法。該方法使用一定的函數來表示各種采礦條件下流域主要部分的典型運動和分布。這些函數是典型曲線的分析表達式，它們是根據實測數據經驗確定的。與典型的曲線方法相比，零件特征便于數學處理和計算機操作。但是，由于函數形狀的限制，其函數值可能與每個點的實際測量所確定的典型曲線值不一致，并且得到的參數可能與實際值不同。

3 預計方法理論知識

（1）沉降數值模擬預測理論。以實測數據為基礎的典型曲線法理論是基礎理論：科學地降低開采巖層比例，用同樣的材料建立模型，模擬開采，觀察開采全過程，收集分析地表移動，與原地表結構對比，計算巖層的變形函數。該方法具有成本低、精度高、周期短、表面直觀等優點。缺點是模型的相似性不能得到絕對保證，因此該方法還處于有限的發展階段。力學模型和數值模擬預測方法可以有效地計算變形范圍、變形程度和變形規律[2]。地表巖石和構造的變形發展方向和時空演化。從計算結果中得到相應的解，限制了沉降因素的干擾，防止了沉降的進一步發展。

（2）數學力學沉降預測理論。以數學力學為基礎，分析預測理論，研究礦井地表移動變形，掌握移動變形的原因，預測應力場、破壞場等因素。影響。由于數學力學理論的應用，求解條件相對簡單，實際數據來源不完整，在實用性、真實性和準確性上存在一定偏差。

4 開采沉陷預計的誤差

（1）預測模型或方法不完善引起的偏差。目前，影響函數是對稱的，但下料與最終工作線的沉降曲線可能是不對稱的，拐點處的沉降可能不是反對稱的，可能有偏差；預測是平穩的，繼續進行。在實際應用中，會出現裂紋、臺階等不連續變形。即使采用數值模擬方法，選定的本構方程或破壞準則也可能與實際情況不符。

（2）參數誤差引起的估計誤差典型。一般采用類比選擇參數，可能與區域條件不符，導致預測偏差，針對不同礦區不同的地質條件和開采條件，導致參數的代表性誤差，分析了預測參數誤差對預測結果的影響，并對地表沉陷值的增減進行了預測，為了減小這種誤差，有必要對其進行進一步的研究參數變化規律及其與地質條件的關系。

（3）觀測錯誤導致的預測參數偏差。土地租賃預測參數是通過建立地面觀測站、使用某些儀器收集觀測數據以及處理和分析數據來確定的。由于觀測儀器的精度、外部環境的影響和觀測者技術水平的限制，觀測誤差導致預測參數偏離；雖然存在觀測誤差，但它不是影響曲面運動法研究的主要因素。

（4）與預期地質和采礦條件的偏差。雖然在全面調查、調查和生產過程中進行了勘探和地震活動，但并非所有地質條件都得到充分掌握，導致地質采礦條件發生變化。注意預測誤差和調整誤差之間的差異。裝配錯誤是使用測量數據計算參數的結果，然后使用得到的參數預測參數，再進行比較[3]。安裝錯誤不包括參數錯誤。預測誤差基于結算預測參數的選擇，并將預測結果與開采后的觀測結果進行比較。預測結果包括參數錯誤，這些錯誤起著重要作用。

5 結語

總之，選取開采沉陷預計方法的分類和開采沉陷預計方法的理論基礎，從二個具體方面進行簡要的闡述和分析，旨在為中國現代煤炭開采生產技術領域相關領域的研究人員和相關人員創造和提供扎實有效的技術工作經驗參考支撐條件。積極采取相應措施做好煤礦開采沉陷預計工作，對支撐和保障我國煤礦開采及生產相關活動安全、優質、有序組織起著重要作用。