优化分段Knothe时间函数求参方法

针对优化分段Knothe时间函数的参数求取问题,给出了2种求参方法:① 以本矿区,或地质、采矿条件相似矿区的地表监测资料为基础,提出了“反算时间函数对比求参法”,给出了详细的参数求取流程,该法直观、易操作,且具有通用性,可用于其他时间函数的参数求取;② 以采空区达到充分采动尺寸时的地表沉陷规律,及相应概率积分参数为基础,推导了时间参数的“直接计算法”公式,该方法参数意义明确,求参过程简便,能直接应用于编程计算。预计实践表明,采用本文方法求参,动态预测最大相对误差可控制在9%以内,随着开采时间的增加,动态预测精度将会逐渐提高,最终维持在5%左右;根据统计,地表最大下沉值预测相对误差则可维持在6%左右。应用实践证明了论文所给出的求参方法的实用性与可靠性。     

1980-2019年海河流域气象干旱和农业干旱变化及传播特征

研究干旱演变和传播特征可为流域防灾抗灾提供帮助和建议。以海河流域为例,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化土壤湿度指数(SSMI)分别表征气象干旱和农业干旱,并结合趋势分析和频率分析等方法,对1980-2019年该流域气象干旱和农业干旱时空演变规律以及传播特征进行研究。结果表明：在干旱发生频率上,气象干旱和农业干旱的高发区分别集中在流域东北部和中部,不同季节空间分布存在显著性差异,春季和夏季为气象干旱频发季,冬季和春季为农业干旱频发季;从变化趋势上看,SPEI值呈减小趋势的区域主要集中在流域的中东部,其中春季减小趋势最为显著,而SSMI值呈“北增南减”的分布格局,其中秋季减小趋势最为显著;农业干旱对气象干旱的响应具有延时性,不同季节差异显著,夏季传播时间仅为5个月,秋季、冬季和春季的传播时间分别为6、9和11个月;在空间分布上,春季和夏季的相关系数较低,低值区主要分布在流域北部地区,秋季和冬季的相关系数较高,高值区集中分布在流域中部地区。     

西部矿区弱胶结地层工程围岩稳定性控制研究进展

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很难有效保障工程的安全性,常出现巷道大变形失稳、工作面压架、突水、溃沙、冲击地压等灾害。通过大量的调研和室内试验,获得弱胶结岩石抗拉、抗压等力学指标远小于中东部矿区同类岩石力学指标,建立了多因素耦合作用下的弱胶结岩石的变异程度评估指标体系,初步获得了典型矿区弱胶结岩石的变异性程度。以红庆河煤矿弱胶结岩石为例,发现了弱胶结岩石在力、水等载荷作用下,具有“类相变”现象,分析了胶结度对类相变现象的影响,给出了弱胶结粗粒砂岩的“类相变”状态特征及其敏感性参数。分析了导致工作面支架压架、突水溃沙灾害发生的覆岩垮落带、断裂带动态发育规律以及巷道围岩大变形规律,推演了弱胶结地层大采高工作面不同开采阶段垮落带动态变化表达式,建立了支架-围岩相互作用模型,给出了工作面来压和非来压期间支架工作阻力;针对弱胶结地层的松散弱特性,提出了巷道围岩双壳加固技术,可为工作面安全开采和巷道围岩控制提供保障...     

西部弱胶结地层大采高工作面覆岩结构演化与矿压活动规律研究

随着我国西部大开发的快速发展,近期西部大批开采弱胶结地层煤炭资源矿井陆续建成投产,弱胶结地层天然的禀赋条件决定了其物理力学性能与中东部岩层有明显的差异,开采实践表明弱胶结地层大采高工作面矿压活动规律与中东部大采高工作面矿压活动规律也有一定的差异。因对弱胶结地层性能和工作面矿压活动规律认识不清,导致弱胶结地层大采高工作面开采时常发生大面积冒顶、台阶下沉、溃水溃沙、支架压死等事故。因此,弱胶结地层大采高工作面覆岩运动、三带分布、支架选型等矿压问题亟需解决。以红庆河煤矿弱胶结地层大采高工作面开采为工程背景,通过室内实验、数值模拟、相似材料模拟、理论分析及现场实测等方法,研究了弱胶结岩石物理力学性能及其与中东部岩石的差异性,统计了弱胶结煤系地层地域分布;分析了弱胶结岩石受开采扰动在采空区破碎、冒落、充填、崩解、压实、固结的变形规律;构建了弱胶结地层大采高工作面覆岩结构演化模型,揭示了弱胶结地层大采高工作面冒落带分布特征及其与裂隙带协同演化规律;研究了围岩–支架之间的作用机制,给出了弱胶结地层大采高工作面支架工作阻力计算方法。取得主要研究成果如下:(1)弱胶结岩石具有强度低、胶结性差、遇水泥化、易崩解等特性,我国新疆、神东、蒙东、宁东、陕北等煤矿区具有弱胶结地层开采条件,基于弱胶结岩石的力学参数、物理参数、成岩年代等因素,对西部典型矿区弱胶结岩石进行了变异性评价。(2)针对弱胶结岩石与中东部岩石碎胀性、崩解性的差异,通过碎胀实验和崩解实验,研究了弱胶结岩石的初始碎胀性、残余碎胀性特征及其耐崩解特征,揭示了弱胶结岩石强碎胀、易崩解的特性。(3)针对西部弱胶结岩石物理力学性能与中东部岩石的差异性,通过实验和理论分析,研究了开采扰动作用下弱胶结岩石变形、破坏、冒落、崩解、压实、固结等特征,分析了弱胶结岩石破碎–冒落–充填–崩解–再破碎–压实–固结的变形规律,揭示了弱胶结地层冒落充填体的变形演化机制。(4)以红庆河煤矿3–1煤首采面为工程背景,通过相似材料模拟、数值模拟及理论分析,研究了弱胶结地层大采高工作面覆岩运动规律及应力场分布规律,获得了覆岩由下至上层层递进的冒落特征,揭示了覆岩裂隙萌生–发展–贯通的岩层破坏机制。(5)根据弱胶结地层的物理力学性能和充填体变形机制,通过相似材料模拟和理论分析,研究了弱胶结地层大采高工作面覆岩变形、运动规律,建立了弱胶结地层大采高工作面覆岩裂隙演化模型,研究了三类顶板结构下大采高工作面冒落带分布特征,获得了弱胶结地层大采高工作面冒落带分布规律,揭示了冒落带与裂隙带协同演化机制。(6)根据弱胶结地层大采高工作面"三带"分布特征和演化规律,研究了弱胶结地层大采高工作面矿压活动规律,分析了支架–围岩之间相互作用机制,给出了弱胶结地层大采高支架工作阻力计算方法,现场实测数据初步验证该方法的合理性和实用性。论文初步探索了弱胶结岩石的物理力学性能、弱胶结地层大采高工作面覆岩结构演化规律及三带分布规律,但受西部矿区地域辽阔及复杂地质条件的影响,下一步还需要针对一个矿区内弱胶结岩石的物理力学性能进行深入研究,并开展大量的现场矿压观测,进一步揭示西部弱胶结地层大采高工作面矿压活动规律。     

TRMM数据在京津冀地区干旱监测适用性研究

基于气象站点实测降水数据和热带降雨卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)3B43 Version7(V7)降水产品,计算了京津冀地区1998-2017年多时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)(SPI-1、SPI-3、SPI-6和SPI-12)。结果表明:TRMM 3B43数据与站点观测月和年降水数据在时空上具有良好的一致性;从时间变化趋势来看,基于TRMM 3B43数据和站点降水数据计算的不同时间尺度的SPI值存在高度一致性;从空间变化趋势来看,基于两种数据计算的京津冀地区25个站点多时间尺度SPI的相关系数均大于0.7,POD值大于0.6,80%以上的FAR值小于0.3,70%以上站点的FBI值在0.9~1.1之间;两种数据计算的干旱的面积百分比基本一致,1、3、6和12个月的干旱面积的CC值分别为0.93、0.95、0.96和0.96。     

开采沉陷倾向主断面动态预计模型与算法

针对开采沉陷动态预计精度较低及对倾向主断面动态预计研究较少的问题,为了提高预计精度和动态预计的针对性,加强动态预计成果在矿区生产和采空区土地利用中的指导作用,基于概率积分静态预计模型,采用"优化分段Knothe时间函数",对地表倾向主断面动态沉降变形的预计方法进行了研究,主要包括:(1)讨论了倾向主断面动态开采单元的划分方法;(2)基于概率积分法和有限开采倾向等影响原理,推导了各动态单元的参数计算公式;(3)结合各单元时间函数值,根据叠加原理,建立了适应于水平和缓倾斜煤层的倾向主断面动态预计模型;(4)根据所建模型讨论了动态预计时的计算流程,设计了对应的计算机编程算法,分析了需要注意的难点问题,最后,根据模型和算法编制了动态预计程序,并将其应用到预计实践中。预计实践1表明:无论从上山或下山的任何方向开始开采,预计得到的地表动态移动变形规律都与理论揭示的移动过程相符合;并且,当给定的预计时间足够长,倾向主断面动态下沉预计结果与静态预计结果相一致,进而从理论上揭示了模型和算法的科学性,实现了开采沉陷动静态预计的一体化;预计实践2表明:通过将29401工作面的动态预计结果与实测结果的对比分析...     

基于D-S证据理论改进AHP-熵权的流域洪涝灾害评估研究

考虑致灾因子危险性、孕灾环境敏感性以及承灾体易损性,选取指标构建小清河流域洪涝灾害风险评估指标体系,提出一种基于D-S证据理论的改进AHP-熵权法计算指标权重,求取洪涝灾害风险指数,运用自然断点分级法确定洪涝灾害风险等级,分析小清河流域洪涝灾害风险空间分布情况。结果表明：小清河流域洪涝灾害风险总体上表现出南低北高的趋势,其中高风险区和较高风险区分别占流域面积的8.7%和14.3%,主要分布在小清河干流以及主要支流两岸。所得评估结果同“利奇马”台风发生期间实际洪灾风险分布情况一致,对比证明基于D-S证据理论的改进AHP-熵权法优于AHP和熵权法,可为小清河流域防洪减灾决策提供依据。