基于采动覆岩离层异速生长的开采沉陷预测模型研究

Based on the development deviation from different layers of mining separated strata and time-space relationships between mining subsidence and overburden separated strata, the prediction model of mining subsidence based on allometry of mining overburden separated strata is established. The project starts with the growing size and rate of overburden separated strata caused by mining deposition of coal-bearing and their influences on mining subsidence rule.The project aims to study and reveal micro-macro mechanical laws of crack initiation, expansion, development and closure of mining overburden separated strata using modern mathematical theory, and the law on rate in different development stages; to reveal devaition in development of different separated strata; to establish allometry equation of a separated strata in different development stages and allometry equation of separated strata in different layers development; to analyze priori nature in allometric relationship and solve equation to finding allometric mathematical relationships and mechanisms of separated strata; to determine dependencies between the subsidence dynamic three-phase and allometry of separated strata; to seek mechanical relational model and statistical relational model between surface subsidence and allometry of overburden separated strata. Finally, mining subsidence prediction model based on allometry of mining overburden separated strata is established by comparative analysis, computational validation and integral study. The project aims to forecast and evaluate mining subsidence damage and make effective prevention, and to make progress for mining rock mechanics disciplines direction.

针对沉积煤系地层中不同层位采动离层间的发展差异性以及开采沉陷与覆岩离层的时-空对应关系，研究建立"基于采动覆岩离层异速生长的开采沉陷预测模型"。以沉积煤系地层采矿引起上覆岩层离层生长的大小和速率及其对开采沉陷规律的影响为切入点，利用后现代数学，研究揭示采动覆岩离层起裂、扩展、发展和闭合的微宏观力学规律和不同发展阶段的速率规律，研究揭示不同层位离层发展的差异性，建立单条离层发展不同阶段的异速生长方程和不同层位离层发展的异速生长方程，分析这些异速生长关系中的先验性质，并做方程求解，挖掘离层异速生长的数学关系和力学机制，确定地表下沉动态三阶段与离层异速生长的对应关系，寻求地表下沉与覆岩离层异速生长的力学关系模型、统计关系模型，最后通过比对分析、计算验证、综合研究提出基于采动覆岩离层异速生长的开采沉陷预测模型，以此来预测和评价矿山开采沉陷损害，并加以有效地防治，促进矿山岩体力学学科方向的进步。

我国矿山开采沉陷损害极其严重，据不完全统计，截止2017年底，我国煤炭开采造成沉陷区累计已达近13000 KM2，造成的经济损失累计已超过700亿元。随着我国煤炭工业的持续发展及煤炭产量的逐步增长，煤矿塌陷区的面积还会继续增加。因此，深入研究矿山开采沉陷损害预测与控制等，对于有效防治矿山开采沉陷损害等，具有深刻的学术意义和实际工程应用背景。. 该项目针对沉积煤系地层中不同层位采动离层间的发展差异性、开采沉陷对覆岩离层的依赖性、以及开采沉陷与覆岩离层的时-空对应关系，利用相似材料模拟试验系统研究了单层离层不同发展阶段的速率差异—不同层位离层发展的速率差异—离层异速生长的数学关系和力学机制—覆岩的力学行为和位移效应，以其研究建立“基于采动覆岩离层异速生长的开采沉陷预测模型”。. 以沉积煤系地层开采引起上覆岩层离层生长的大小和速率及其对开采沉陷规律的影响为切入点，研究揭示采动覆岩离层起裂、扩展、发展和闭合的微宏观力学规律和不同发展阶段的速率规律，研究揭示不同层位离层发展的差异性，建立单条离层发展不同阶段的异速生长方程和和不同层位离层发展的异速生长方程，分析其中异速生长关系中的先验性质，并做方程分解，挖掘离层异速生长的数学关系和力学机制，确定地表下沉动态三阶段与离层异速生长的依赖关系，寻求地表下沉与覆岩离层异速生长的力学关系模型、统计关系模型，最后通过比对分析、计算验证、综合研究提出基于采动覆岩离层异速生长的开采沉陷预测模型，以此来预测和评价矿山开采沉陷损害，并加以有效地防治，促进矿山岩体力学学科方向的进步。. 该项目按期完成，共发表了19论文（国外刊物3篇、国内刊物11篇、会议论文5篇），申请发明专利9项（已授权2项、受理7项），做学术会议报告5次，完成这些成果对进一步深入认识矿山开采沉陷规律，特别是开采沉陷对覆岩离层的依赖性以及开采沉陷与覆岩离层的时-空对应关系，具有重要的科学意义。