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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明是一种煤炭采空区上覆地层沉降变形估计方法，属于煤矿开采所诱发的地面地质灾害防控领域，针对煤炭采空区塌陷变形是由不同变形机制地层协同变形叠加而成的，本发明根据采空区上覆地层不同区域移动变形机制，确定冒落带、裂隙带、弯曲带、松散带四个竖向分区和破断角、零弯矩点以及变形扩散角所控制的横向范围。针对不同层内、层间的变形传递与扩散机制以及变形体胀性，提出了不同层内与层间变形传递计算方法，煤炭采空区地表移动变形由自下而上逐层叠加获得。本发明充分考虑了采空区上覆各个岩层不同的破坏与变形特征，可以准确预测与评价采空区塌陷对周边隧道与地下结构的变形影响。

主权项：1.一种煤炭采空区上覆地层沉降变形估计方法，其特征在于：包括煤炭采空区上覆地层的计算分区特征设定、煤炭采空区上覆地层的计算假定条件设定以及沉降变形计算方法；煤炭采空区上覆地层的计算分区特征设定包括上覆地层的竖向层带分布以及上覆地层各个竖向层带的横向范围；上覆地层的竖向层带分布：从下至上分为冒落带、裂隙带、弯曲带、松散带；上覆地层各个竖向层带的横向范围：冒落带横向范围由采空区工作面跨度控制；裂隙带横向范围由破裂岩层综合破断角上覆岩层破断面与水平面的夹角，一般而言，综合破断角取值范围在50°-70°之间控制；弯曲带横向范围由侧向支撑压力角控制；松散带横向范围由散体介质变形扩散角控制；煤炭采空区上覆地层的计算假定条件：1煤层和上覆岩层均为近水平层状赋存型式，煤层倾角α＜15°煤层与水平面之间的夹角时，不考虑煤层和岩层倾斜状态；2层带边界上的上、下层带的变形机制是不同的，移动变形曲线可以是不连续分布，但采用最大移动变形曲线；3煤层开采处于充分采动状态，不考虑开采过程、未充分采动及时间因素；4裂隙带符合块状介质变形特性，其变形破坏后碎胀性不大，不考虑其体积变化；5弯曲带符合无限长横观各项同性层状弹性变形特性，考虑采空区影响的地基反力差异；6松散带符合土体介质变形特性，考虑其变形扩散过程中的体积变化；沉降变形计算方法包括：首先确定每个层带高度范围与横向边界，层带边界作为变形边界条件由下而上传递，每一层带顶边界上移动变形曲线即为其上面层带的底边界变形扩散的起始移动变形曲线，按照由下向上逐层叠加计算沉降值，计算顺序为冒落带、裂隙带、弯曲带、松散带；冒落带根据其初始碎胀性和残余碎胀性来确定其起始沉降变形曲线，裂隙带采用描述块散性变形特性的Peck公式计算沉降变形特征，弯曲带采用描述岩层无限长横观各项同性层状弹性变形特性的弹性地基梁来计算岩层弯沉特征，松散带采用描述土体变形扩散特性的随机介质理论描述沉降变形特征；由此方法，从下至上即可计算各个层带最大下沉值及其沉降范围内沉降变形曲线。

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