厚松散层地表下沉盆地外边缘区沉陷特征与预计模型修正

煤系地层上部覆有较厚松散层时,煤层开采后地表下沉盆地外边缘区将呈现出范围变大且收敛缓慢的特殊现象,为充分掌握厚松散层条件下地表下沉盆地外边缘区沉陷演变特征,构建出适用于厚松散层条件下的地表沉陷预计模型,以顾北煤矿13121上工作面为例,基于实测资料分析了地表下沉盆地外边缘区下沉收敛和扩展的动态演变过程,研究了地表沉陷特征与地质采矿条件间的相关性,揭示了松散层厚度对地表沉陷特征的影响机理,融合Logistic函数修正了传统概率积分模型,基于鲸鱼优化算法提出了修正预计模型参数反演方法,并讨论了地质采矿条件对修正模型新增参数的影响。结果表明:外边缘区地表下沉收敛具有明显分段性,快速收敛区的下沉收敛效应随采动程度增大呈现先快速收敛而后趋缓的过程;下沉盆地外边缘区范围历经先急剧扩展—再稳定扩展—后小幅收缩的演变过程,且地表最大下沉值、快速收敛区收敛效应系数曲线斜率和盆地外边缘区扩展范围与埋深、采高、采动程度系数和松散层占比线性相关;破碎岩体充分压密、采动下沉消耗减小、松散层介质压缩与含水层失水固结4个方面衍生的附加沉降是厚松散层地表下沉盆地外边缘区产生特殊沉降现象的主要原因;修正预计模型在恢复下沉系数q实际物理意义的同时,有效解决了传统概率积分法在预计外边缘区沉陷值收敛速度过快的问题,修正模型新增参数随松散层占比和埋深的增加逐渐减小,随采动程度系数的增加波动增大,但受采高变化影响不大。将修正预计模型应用于顾北煤矿13121上工作面工程实践效果较好,研究成果将为厚松散层条件下“三下”压煤开采方案设计提供科学依据,并促进两淮煤粮复合区资源开采与耕地保护的协同发展。

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本文档关键词:沉陷,松散,下沉,盆地,地表