沿空留巷围岩变形力学分析

为研究沿空留巷围岩的变形机理,分析了留巷围岩顶板下沉的力学模型,得出了顶板下沉量的解析解,并根据具体的地质条件进行了顶板厚度、巷道宽度、支护阻力等影响因素的分析,顶板厚度越大下沉量越小,巷道宽度越大下沉量越大,支护阻力越大下沉量越小,从而为沿空留巷围岩的变形控制提供了理论依据。     

膏体充填弹性地基梁模型分析及应用

基于弹性地基梁解析方法,考虑影响长壁充填开采地表沉陷的3个关键因素,建立该条件下的力学模型,推导直接顶岩梁挠曲微分方程。根据其解析解,分析了覆岩移动的各影响因素,充填区和煤体内支承压力分布、顶板剪力等矿压显现规律,并分析了直接顶挠曲和地表下沉的关系。结果表明：直接顶岩梁的最大下沉值在采煤工作面后方5~15 m,充填体弹性地基系数是影响下沉的最重要因素,充填区支承压力的分布也随该系数的不同而变化;控制直接顶挠曲和地表下沉的最有效途径为提高充填体弹性地基系数,同时减少充填体欠接顶量。小屯矿膏体充填工业试验表明,地表最大下沉实测值为380.3 mm,解析法预测值为401.8~591.2 mm,两者很接近。     

下向进路充填采矿力学模型的探讨

在分析研究下向进路结构和受力特征的基础上，提出了向进路开采进路结构受力模型是“两侧弹性基础之上的板结构力学模型”，采用力学数学解析法，推导出假顶在垂直载荷作用下的下沉曲线方程。为下向进路充填采矿假顶结构参数设计的实践提供了一些理论依据和参考。     

下沉盆地体积的计算方法

利用平面图形几何重心公式计算回采工作面水平投影图形的重心坐标，然后根据影响传播角和开采深度计算下沉盆地中心位置的坐标。利用开采沉陷预计方法和插值计算下沉等值点方法求得每条下沉等值线上３６０个地表点的坐标，再利用解析方法推导出每条下沉等值线所围成的面积和下沉盆地体积等计算公式，并且采用计算机技术自动进行解算。最后，给出了一个应用实例。     

华丰煤矿成功应用地表斑裂下沉控制技术

华丰煤矿针对开采水平不断延伸，地表斑裂下沉造成的影响越来越大，影响地面村庄安全的问题，进行了“地表斑裂下沉控制技术”研究，开发了三维半解析有限元岩层及地表移动计算程序。通过实施“地面钻孔覆岩离层高压注浆充填”减沉工程，对地面斑裂采取浅层注浆的方法进行封堵治理，减少地表下沉和地面斑裂，增强土层的完整性和坚固性，保护了地面房屋设施。[第一段]     

华丰煤矿成功应用地表斑裂下沉控制技术

山东新汶矿业集团华丰煤矿针对开采水平不断延伸，地表斑裂下沉造成的影响越来越大，影响地面村庄安全的问题，与山东科技大学合作进行了“地表斑裂下沉控制技术”科技攻关，开发了三维半解析有限元岩层及地表移动计算程序。通过实施“地面钻孔覆岩离层高压注浆充填”减沉工程，     

地表下沉分析的模糊-遗传规划法

运用模糊数学和遗传规划理论，建立了开采地面下沉及参数预测的模糊-遗传规划模型，并利用该模型对小官庄铁矿开采地面下沉进行了预测分析，结果表明，理论预测结果与现场实测资料吻合。     

遗传规划在最大下沉值预测中的应用

基于Matlab语言编制的遗传规划程序，选取地面最大下沉值的主要影响因素，搜集学习样本对程序进行了训练，建立了地面最大下沉值预测的遗传规划模型，然后用测试样本对模型进行了测试.结果表明：相对误差在工程允许范围之内，模型的预测性能令人满意，遗传规划在公式发现中有其独特的优势，将其用于最大下沉值的预测中是可行的.     

矿山开采地表下沉与变形预计新方法

以理想散体移动模型为基础，提出了更具有一般统计意义的采动覆岩与地表下沉概率密度新函数，建立了水平煤层开采地表下沉和变形的预计新体系，为矿山开采地表下沉和变形预计提供了新方法。     

基于SVM黄土矿区最大下沉预计研究

为提高黄土矿区地表最大下沉值预计精度和可靠性,基于支持向量机构建了最大下沉预计模型,用实测数据检验了模型,并与已有最大下沉预计模型进行了对比分析,结果表明:基于支持向量机构建的模型在精度和可靠性方面优于已有最大下沉预计模型,可以较好预测黄土矿区地表最大下沉值。     

基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

充满配重水钻井井壁筒在泥浆中竖向结构稳定的理论研究

提出了被广泛采用的钻井法施工悬浮下沉井壁有其深度极限的概念, 分析了泥浆中钻井井壁底接触岩石后的受力状态,建立了固井前泥浆中充满配重水井壁的力学模型,该模型类似于液体中的有底管状细长压杆. 以能量法为基础,利用结构稳定理论和流体力学理论原理,推导了井壁结构轴向临界稳定高度的解析式,并给出了典型算例. 强调了工程设计中利用该公式的注意事项,提出了井壁深度超过屈曲极限后可以改变井壁结构或改变井壁下沉方法的建议. 最后,指出进一步研究这一问题的内容和方法.     

开采沉陷在土体中传递的实验研究

为了探索开采沉陷在土体中的传递规律，设计了相似材料模型实验系统，实验结果表明，开采沉陷边界在土体中的与土层的性质是密切相关的；地表下沉由采动引起的基岩面下沉、地下水位下降引起的下沉、附加荷载引起的下沉和土体的流动组成，实验结果可以解释目前所出现的厚表土层地区的特殊沉陷规律。     

基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

基于改进麻雀搜索算法优化SVR和FLAC3D的开采地表沉降预测

准确地预测矿山地下开采造成的地表沉降一直是矿山安全发展的难题。为了能够提高采空区地表最大下沉量预测的精度，分别利用机器学习和数值模拟的方法预测某磷矿的采空区地表沉陷，并进行对比研究。综合考虑地表最大下沉量的影响因素，参照有关文献对国内矿山相关数据的统计成果，利用探索性因子分析(EFA)实现影响因素降维，用t分布和切线飞行机制改进的麻雀搜索算法(tSSA)优化支持向量回归机(SVR),从而构建采空区地表沉降EFA-tSSA-SVR预测模型，并用该模型和FLAC3D数值模拟模型对某磷矿地下开采所造成的地表沉降进行预测。结果表明，两种模型对一步骤盘区开采后的最大下沉量预测结果相近，与一步骤开采后的实际下沉量做对比，FLAC3D数值模型预测的地表最大下沉量的相对误差是EFA-tSSA-SVR模型的3倍，表明EFA-tSSA-SVR模型预测结果较好。用EFA-tSSA-SVR模型预测该磷矿未来的二、三、四步骤盘区开采后的地表最大下沉量，预测结果分别是为22.3 cm、24.1 cm、25.9 cm。     

基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型研究

煤矿开采造成地表下沉,在下沉过程中,地表点的w-t曲线近似呈倒S型;根据Knothe时间函数,提出了基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型,分析了模型参数应满足的条件,并结合现场实测数据分析了利用该模型进行动态下沉预计的可行性;在采用预测值与实测地表下沉值误差较小的B30点进行拟合求参时,得到模型参数分别为a=0.99,b=-136.4,c=6.803,d=371.4,相关系数为0.99,相关程度较高,能正确反映地表动态下沉的过程,表明该模型具有一定的适用性。     

采动地表动态下沉的时间函数模型研究

煤矿开采引起的地表变形是一个复杂的时间与空间过程。当设计开采方案与保护地面建筑物时需全面掌握地表下沉动态过程。虽然以往提出了大量的地表下沉时间函数模型,但每个模型均有其适用范围,因地制宜地建立地表下沉时间函数模型尤为重要。为了准确预测7226工作面开采地表下沉的动态过程,分析了Knothe时间函数模型的适用性。基于实测地表动态下沉特征,提出了一种新的Knothe-n时间函数,结果表明,Knothe-n时间函数能够准确预测地表动态下沉,且具有较广的应用范围。     

基于弹性薄板理论的地表下沉预计模型

地下开采破坏了地层的原始应力平衡状态,导致地表移动变形,对地表建筑物和生态环境造成了损害。地表下沉预计是研究地表移动变形的重要内容,经典的地表下沉预计数学模型十分复杂,为简化预计模型的复杂性,将椭圆弹性薄板挠度计算方法引入地表下沉预计中,建立了基于弹性薄板理论的主断面地表下沉预计模型,并应用实测数据对该模型进行了验证。研究表明:根据弹性板理论建立的预计模型的计算结果与实测结果吻合度较高,并且模型简单直观,适合应用于实际工程中。     

修正的Knothe沉陷模型及FLAC~(3D)模拟开采验证

针对原Knothe地表沉陷的时间函数模型与地表观测点下沉速度曲线不吻合的缺陷,采用数学分析的方法,修正了Knothe模型。修正的模型不但能较好地拟合地表沉陷观测点下沉的位移序列,而且从观测点下沉速度、加速度的变化方面也符合地下煤层长壁工作面开采过程中上覆岩层移动的物理过程,能较好地描述地表观测点下沉的3个阶段即逐渐开始阶段、快速发展阶段和缓慢衰减终止阶段的非线性特征。验证这一模型需要大量的观测数据,为克服进行大量的沉陷观测所需的人力和物力上的困难,采用FLAC~(3D)软件模拟的煤层地下开采过程,并在模型的上表面经过开采中心点的走向和倾向剖面线上共布置了36个地表下沉和下沉速度的监测点,监测了模拟开采过程中地表的移动过程;模拟完成后,各监测点的下沉及下沉速度与计算步数之间的关系曲线与修正的Knothe模型曲线的形态特征相符,说明模拟开采过程可行,进一步验证了修正的Knothe地表沉陷的时间函数模型可拟合地表观测点下沉的动态过程曲线。     

地表下沉预计的BP-ANN模型对比研究

在综合分析地表下沉影响因素的基础上,采用不同的BP-ANN算法建立了地表下沉的预计模型,运用某矿区的实测数据,对各模型进行了训练和性能测试,并对各网络模型进行了对比分析。结果表明,采用BP-ANN模型预计地表下沉的结果是合理的,该方法减少了预计中的人为因素,将复杂问题简单化,预计结果准确可靠,具有一定的应用价值。