采动影响下建筑物损害程度的模糊聚类分析

在建筑物下采煤之前,需要准确预测和评价地下开采对地表建筑物的损害程度．在分析采动影响下建筑物损坏程度影响因素的基础上,结合建筑物采动损害典型实例,采用基于模糊等价关系的模糊聚类分析方法,对采动影响下建筑物损害程度进行了分类研究．研究结果表明：用模糊聚类分析方法评价建筑物的采动损害程度是可行的,其评价结果与实际符合较好,为建筑物采动损害程度的预测和评价提供了一种新的方法．     

采动影响下建筑物损害程度的模糊聚类分析

在建筑物下采煤之前，需要准确预测和评价地下开采对地表建筑物的损害程度．在分析采动影响下建筑物损坏程度影响因素的基础上，结合建筑物采动损害典型实例，采用基于模糊等价关系的模糊聚类分析方法，对采动影响下建筑物损害程度进行了分类研究．研究结果表明：用模糊聚类分析方法评价建筑物的采动损害程度是可行的，其评价结果与实际符合较好，为建筑物采动损害程度的预测和评价提供了一种新的方法．     

采动区建筑物损害综合评价技术研究

采动区建筑物破坏一直是大量学者研究的重点,然而建筑的破坏往往不是单一原因造成的,而是多种因素协同作用下的结果,这给采动区建筑损害预计评价带来困难,所以亟待开展研究。本文以采动区受损建筑物为研究对象,首先对造成采动区建筑物受损的主要因素进行分析,建立采动区建筑物受损风险的评价指标体系,在此基础上建立采动区建筑物损害综合评价模型,可为采动区建筑物损害前期的预防保护与后期的鉴定赔偿工作提供一定的参考。     

基于核主元分析和模糊聚类的采动区建筑物损害评价

针对采动区建筑物损害程度的影响因素较多且各因素呈现非线性、多重共线性等特点,提出了基于核主元分析(KPCA)和模糊聚类方法相结合的建筑物损害评价新方法。采用核主元分析方法,借助核函数在高维特征空间中对数据集进行降维,获取相互独立的非线性主元,然后利用模糊ISODATA算法进行聚类分析实现建筑物损害程度的分类评价。实例分析结果表明,所提方法体现了建筑物损害分类评价的模糊性,兼顾了各种因素的不同影响,同时避免了因素之间的相互干扰,其评价结果与实际符合较好,具有较高的实用价值。     

基于支持向量机的建筑物采动损害预测模型

为了科学预测与评估煤矿采动引起的建筑物采动损害程度,在系统分析建筑物采动损害影响因素的基础上,基于支持向量机理论,利用矿区典型建筑物采动损害案例,首次建立了煤矿开采影响下建筑物采动损害程度的支持向量机预测模型,并测试了该模型的可行性和可靠性。研究成果可为建筑物采动损害预测提供一条新的技术途径。     

采动塌陷区建筑物地基变形影响区与特征分析

采动残余空洞裂隙的失稳变形是造成塌陷区上方建筑物损害的主要原因。为研究采动塌陷区建筑物地基的变形特征,通过分析附加应力与塌陷区残余空洞裂隙区的分布,对采动塌陷区地基变形影响区进行了研究。基于对采空塌陷残余空洞裂隙区的探测及建筑物地基附加应力分布分析,采动塌陷区地基变形影响范围取pz=0.1σz所对应的深度以上土层;当该深度下分布有残余空洞裂隙区时,则应取残余空洞裂隙区分布深度以上土层为采动塌陷区地基变形影响范围。根据义马某矿采动塌陷区建筑物分布,采用高密度电阻率层析成像勘探技术探测了建筑物周围残余空洞裂隙的分布,通过分析建筑物地基中的应力分布和地基变形影响区特征,阐明了采动塌陷区已建建筑物损害原因。通过研究影响拟建建筑地基中残余空洞裂隙和地基附加应力分布,表明拟建建筑将受塌陷区残余空洞裂隙失稳变形影响,需对地基基础进行加固或变更。     

矿区生态环境要素的采动损害定量评价方法研究

为了系统研究矿区生态环境的采动损害,必须分析各生态环境要素的采动损害情况,揭示其采动响应机理,并对其采动损害状况进行定量评价。根据采动破坏特点,本文首先分析了矿区生态环境的采动要素构成,并将其划分为建(构)筑物、交通线路、耕地、水环境和地形地貌五大类别。然后描述了各类别的采动响应特征并对其采动损害的影响因素进行了简要分析,在此基础上择取了各要素采动损害定量分析的评价指标。然后提出了各自的采动损害定量评价方法,针对五阳煤矿生态环境的典型采动要素进行了实例分析,分析结果表明评价方法可行,能够满足矿区生态环境采动损害综合分析研究的基础数据需求。     

建筑物采动损害的熵权模糊识别模型

针对采动区建筑物损害影响因素的多样性、模糊性、权重不均衡性等特点,提出了建筑物采动损害的熵权模糊识别模型。在分析建筑物采动损害影响因素的基础上,收集学习样本数据,通过建立单因素隶属函数确定隶属度,并采用熵权法确定各影响因素的权重,根据模糊数学理论计算研究对象的模糊综合隶属度,然后按照最大隶属度原则评判建筑物的损害等级。实例分析表明,熵权模糊识别模型评定结果与实际情况一致,该模型综合采动区地质、采矿条件及建筑物状况等多种因素的影响,并顾及了各影响因素之间的不同权重,且算法简单,便于实现,具有较高实用价值。     

基于三维激光扫描的矿区建筑物变形监测与采动损害评估

针对传统测量方法提取矿区地表形变存在获取数据是离散、低密度,不能完整有效地对建筑物损坏等级进行评价等问题。拟提出基于三维激光扫描技术(3DLS)的矿区建筑物形变监测及采动损害评估方法研究。首先介绍了基于三维激光的建筑物变形监测精度设计方法及建筑物采动损害评估方法。其次构建了基于量子粒子群(QPSO)的三维激光标靶球拟合方法,并进行了精度分析。随后对淮南某矿区地表建筑物进行了多时段实时观测,并对矿区开采沉陷盆地建筑物的特征点进行形变信息提取。最后依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设现压煤开采规程》对房屋的损坏等级进行了评价。结果表明：(1)QPSO算法应用于标靶球拟合具有一定的稳定性且其结果精度较高。(2)矿区地表建筑物的损坏等级与距开切眼的距离成正比,离开切眼越近,建筑物的损坏等级越高,同时其与工作面的掘进进度有关,随着工作面开采强度的提高,地表建筑物的损坏程度也随之提高。综上,应用三维激光扫描技术监测矿区地表建筑物的采动损害对矿区安全生产及评估有着指导性的意义,研究成果对附近矿区的地质环境灾害评估与防治具有重要的参考价值。     

地采诱发建筑物损伤识别的SVM分析模型

针对地采诱发建筑物损害预测中指标与建筑物损害的关系不确定性问题,综合应用相关分析法、鱼骨图理论及SVM原理构建地采诱发建筑物损害的分析模型。采用相关分析法及原因型鱼骨图模型分析指标与建筑物损害的关联度,计算各因素权重,用建筑物损害观测数据对指标加权的SVM模型进行训练和测试,测试结果良好。研究结果表明：鱼骨图模型可获得指标与建筑物损害的关系,量化输入指标的重要性;建筑物本身条件中与空区位置、建筑物状况的重要性明显高于其他指标,加大建筑物本身建设,可较好地改善建筑物抗损害能力;基于鱼骨图的SVM分析模型可以更好地考虑各指标对建筑物损害的综合影响,回估误判率较低。     

基于模糊模式识别的采动区建筑物损害等级预测

为掌握煤矿采动区建筑物损害程度,采用模糊模式识别方法对采动区建筑物损害等级进行预测。首先对30个已知采动区建筑物损害数据进行预处理,根据研究区域井下开采情况、地质条件及建筑物结构等因素,采用模糊聚类方法生成包含4个标准模型的模型库。然后对8个测试样本与标准模型库进行测试,计算样本数据与各个标准模型的贴近度,根据择近原则判断各样本所对应的标准模型。通过计算,8个测试样本预测结果与实测值完全相同,预测结果准确可靠。研究表明使用模糊模式识别方法预测建筑物损害等级是可行的,研究成果为预测矿山采动区建筑物损害等级提供了一种新的方法。     

采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识

实测数据分析的目的是认识地表移动规律和确定预计参数,而沉陷预计的目的是评价采动损坏程度。无论实测数据分析还是形变预计,地表倾斜、曲率和水平变形等主要指标都是基于下沉和水平位移2个移动分量;不均匀下沉在引起地表倾斜和曲率变形的同时,也会导致采动建筑物水平变形和破坏。通过分析起伏地形和不均匀沉陷在实时位形上对地表变形的作用关系,建立了地表水平和起伏条件下采动地表倾斜变形引起的地表水平变形表达式;以采动地表正曲率变形为例,分析确定了建筑结构长度、高度、最大挠度、挠度比与地表曲率的关系,定性给出了建筑结构顶部伸长量、拉伸变形及其影响规律;进一步分析了建筑结构与地基相互作用的反力分布以及拉伸和剪切作用下建筑物损伤破坏特征。在继承我国现行规范中采动建筑物损坏评价优点的基础上,针对硬性分级存在的不足以及I,IV级损坏再划分的模糊性,借鉴英国沉陷工程师手册中考虑建筑物结构长度影响的思想,建立了综合考虑水平变形、建筑物结构长度和挠度比的采动损坏分等定级指标体系;实验结果分析表明,同等采动地表变形条件下建筑结构越长其损坏越严重,证明该指标体系的损坏程度评价结果比现行规范中单纯考虑地表变形的方法更科学、客观,同时消除了原来I,IV级损坏再划分的模糊性和不确定性。     

膏体充填法回收工业广场煤柱地表变形分析

运用地表沉陷预计软件MSPS,分别对工广煤柱回收前后地表变形程度,以及在地表下沉系数不同时的地表建筑物破坏程度作了详细分析,并根据"三下开采"规程判断建筑物损坏等级,以确定膏体充填法开采的可靠性,合理解决了工广压煤问题。     

基于概率积分法的煤矿“三下”开采沉陷预计

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,依据概率积分法原理,采用开采沉陷预计系统,得到了周源山煤矿24采区在同采一、四煤的情况下,地表以及地表重点保护建筑物(焦化厂、矸石发电厂和张家珑水库等)的最大下沉值、最大曲率、最大水平移动、最大水平变形、最大倾斜值和地表各建筑物的损伤等级,提出了相应的建筑防护措施。     

基于模糊综合模型的尾矿库水工结构采动影响评价

为定量分析尾矿库水工结构设施受采动的影响和损害,针对水工构筑物的岩体地基的力学问题,即坝基岩体承载稳定性评价的重要力学计算点进行了探究。在对尾矿库水工结构设施进行论述后,对坝基岩体承载稳定性进行了公式推导计算及力学分析,分析了尾矿库坝基滑移而造成失稳的3种形式;并对尾矿坝体的深层滑动滑面倾向上游和滑面倾向下游的情况进行了受力分析和力学公式推论。此外,以尾矿库损害造成的各类影响结果为基础,建立了模糊综合评价模型,提出相应的建议和合理措施。结果表明,模糊综合模型对于尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害防护探究是合理的,同时也为某尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害的治理方案和策略制定提供了可靠的定量分析依据。     

穿越老采空区的高速公路路基变形损害评价指标研究

针对目前老采空区上方高速公路损害变形评价指标研究不足的问题,运用开采沉陷理论、力学原理和数学方法及相关的道路规范,对老采空区上方路基损害变形评价指标进行了研究。研究结果表明:不同的道路线形、速度等条件下,应以不同的评价标准进行判定;与以往采用的损害变形评价指标相比,有较大不同,允许的倾斜变形值较大,曲率、水平变形值较小;最终将理论结果应用于实际,得到较好的验证。     

复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响

近距离煤层群复合采动影响下,层间岩层中隔水层的稳定性至关重要。若层间岩层中隔水层的稳定性遭受破坏,则上覆采空区中的积水会向下方渗流扩逸,甚至瞬间涌出,威胁下部煤层的安全开采。提出了复合采动影响下层间隔水控制层的基本概念,运用损伤力学的基础理论构建了复合采动影响下层间岩体损伤参量D的计算模型,分别研究了损伤参量D与层间岩体抗压强度及破坏范围之间的关系,分析了不同条件下复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响。研究结果表明:(1)层间隔水控制层是指复合采动影响下层间岩体中不发生破断失稳且能起到阻隔上方采空区积水向下渗流扩逸的控制岩层。(2)损伤参量D可以用来衡量复合采动影响下层间岩体的损伤破坏程度。(3)层间岩体抗压强度R_D与损伤参量D的关系为:随着损伤参量D的增大,层间岩体的抗压强度R_D表现出线性递减的变化趋势,其折减系数为1-D。(4)层间岩体破坏范围与损伤参量D的关系为:层间岩体的最大破坏深度/高度H_(max)及其距工作面端部的距离L_(max)均随着损伤参量D的增大而增加;D越大,H_(max)和L_(max)的增幅也越大。(5)层间隔水控制层的稳定性与复合采动产生的叠加损伤密切相关;通过综合考量上下煤层多重开采后层间岩体的损伤破坏范围与隔水控制层的层位关系,全面分析了6种不同条件下层间隔水控制层的稳定性,并给出了合理有效的控制措施,来减轻上覆采空区积水对下部煤层开采的威胁,并保障安全生产。复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响研究可以为积水采空区下伏煤层的安全开采提供理论指导。     

置换条带开采中充填体强度分析

为了进一步提高煤炭资源的采出率、实现安全开采,通过对原建筑物下以及水体上留设条带煤柱的水文地质条件分析,提出了利用高水材料充填置换煤柱进行二次复采的技术思路;并基于工程力学对充填体强度及其安全性进行了分析研究。结果表明,采用全采全充方式、充填体材料强度大于2 MPa、复采的工作面宽度20 m、充填体与小煤柱的宽度为25 m的情况下,可以实现建筑物下与承压水上安全开采。     

绿色开采定量分析与深部仿生绿色开采模式

绿色开采是煤炭规模化开采向现代生态文明开采的技术跨越，绿色开采水平的科学评价则是建立适用绿色开采模式与实践效果检验的重要方法。研究基于前人成果分析，试图从生态学视角将传统的采矿系统与生态系统相融合构建采矿生态系统，采用物理模型构建、数学模型分析和实例验证方法，分析开采扰动时系统受损状态和生态损伤程度，构建生态损伤和绿色开采分析模型，定量评价绿色开采水平和效果，参考西部深部开采环境特点和采动生态响应特征，建立适用的绿色开采模式，为西部矿区探索适用的绿色开采解决方案提供有效途径。研究基于采矿生态系统，提出描述开采“激励”作用下生态损伤的4个因子和16个主要参数，系统内3类要素组(采动覆岩、地下水系统、地表生态)的4种耦合关系(应力耦合、水-岩耦合、水-土耦合、辐射耦合)和生态损伤的系统外传导效应，提出描述生态系统原态与受损状态相对变化关系的“生态损伤系数”;绿色开采本质是通过控制开采激励的生态响应水平实现“减损”和近零排放的先进开采方式，参照生态系统原态提出开采“绿度”指标度量开采扰动下自然稳定的生态系统原态保持水平，基于生态损伤系数建立了绿度定量分析模型和绿色开采水平比较模型;建立了绿色开采模型，分析了开采工艺参数、地下水系统保护和地表生态修复方法的绿度贡献水平，发现控制导水裂隙带高度、矿井水涌出量和含水层保护、近零排放等途径对开采绿度贡献相对较大;采用“递进式”优化的绿色开采方法与安全高效开采模式对比，地下水系统减损对提升绿色开采水平相对贡献更大;处于西部生态脆弱区的神东矿区分析显示，大柳塔矿、上湾矿、榆家梁矿等优于全区平均绿色开采水平，地下水系统减损是提升绿色开采水平的瓶颈;按照“源头减损与过程控制”思路，着力“降高、减失、快治、零排”，建立以“仿生”开采工艺为核心、非连续开采充填、含水层渗流隔离、煤矿地下水库储水、地表生态分区治理技术协同且精准控制开采过程的深部仿生绿色开采模式。     

矿区土地复垦潜力多级模糊综合评判分析

矿产资源的开采会占用、破坏大量土地,为了促进经济建设与生态环境建设之间的协调发展,必须对废弃的土地进行复垦。根据调查研究,筛选出了影响矿区土地复垦潜力的四个一级因子和若干个二级因子,并划分为5个评价等级,建立了多级模糊综合评判模型。最后,以阜新矿区为例,对该矿区土地复垦潜力进行了多级模糊综合评判分析,为其它矿区的土地复垦潜力评价提供理论依据。