煤矿开采沉陷预测模型的三维虚拟仿真

煤矿开采沉陷预测受多参数影响下,沉陷预测效果可视性较差,引入三维虚拟仿真技术进行煤矿开采沉陷预测。构建煤矿开采沉陷复杂模型,计算沉降区域的三维关键点坐标,再选取煤矿开采沉陷约束指标,通过模糊权重方法计算沉陷指标权重数值,并判断开采沉陷预测等级,实现了煤矿开采沉陷预测。运用MATLAB仿真软件,模型进行三维模拟应用。仿真实验数据显示：模型对煤矿开采沉陷预测等级误差为0.63%,煤矿开采沉陷预测效果值高于最低限值,充分证实了方法的可行性。     

GIS引入矿山开采沉陷预测与可视化探讨

首次尝试采用Visual Basic语言结合Arcview定制的GIS二次开发模式，开发了矿山开采沉陷预测与可视化系统，实现了不同开采条件下矩形工作面的沉陷预测、可视化和三维分析。该系统克服了传统人工预测的不足，为矿山开采沉陷预测与可视化问题提供了分析和研究工具，具有很强的实用价值。     

基于Surfer的金属矿山开采沉陷预测 和三维可视化

以非连续介质模型-概率积分法为原理,结合自主开发的矿山开采沉陷预计系统（MSPS）对六安市某铁矿开采沉陷进行预测研究。通过接口调用Surfer系统,绘制矿区地表盆地等值线图,实现开采沉陷三维可视化表达,验证开采沉陷对该矿及周围地表的影响程度,指导矿山安全生产。     

用三维激光扫描技术监测矿山开采沉陷

经典地表沉陷监测方法具有工作量大、监测点保护困难、监测时间长、监测成本高等缺点,难以适应实时化矿山开采沉陷监测的需要。为此,以某矿山为例,结合三维激光扫描技术,提出了一种矿山开采沉陷高精度监测方法。在分析三维激光扫描技术工作原理的基础上,首先对矿区生产概况、监测方案、地表移动监测站设置方案进行了分析;然后结合MATLAB软件,利用分离非地面点和地面点、去除孤立点、拼接点云数据等方法处理经三维激光扫描得到的沉陷数据,并基于矿区2014年10月、2016年10月两期三维激光扫描数据,利用Kriging算法分别建立了矿区地表下沉盆地数字高程模型(Digital elevation model,DEM),对矿区地表沉陷进行分析;最后选取了矿区若干有代表性的监测点的开采沉陷监测值与对应的水准测量结果进行了对比分析。研究表明:监测结果与实测值的误差达到毫米级,反应出利用三维激光扫描技术不仅可快速获取矿区开采沉陷监测数据,而且可对开采沉陷进行高精度监测,对于进一步研究矿区开采沉陷规律、提高矿区开采沉陷监测效率有一定的参考价值。     

基于事件响应模型监测煤矿区地表沉陷

煤矿开采沉陷监测预报对矿山安全生产具有十分重要的意义。运用灰色理论中GM(1,1)模型,在进一步提高预测精度的基础上提出事件响应模型,并进行煤矿开采沉陷区地表下沉值的预测分析,通过与GM(1,1)模型预测值比较,表明事件响应模型具有较好的沉陷预测效果。经煤矿开采区试验表明,在预测煤矿开采沉陷中,采用事件响应模型预测精度更高。     

开采沉陷可视化工程分析设计系统

开采沉陷可视化工程分析设计系统（MSVEADS2001），是采用三维数据场可视化与GIS技术开发的集沉陷预测，GIS工程分析与方案优化设计于一体的矿山开采决策支持系统，文中介绍了系统的总体结构。主要功能及关键技术研究，通过实例计算结果，论述了开采沉陷三维数据场可视化实现途径及应用。     

基于机载LiDAR点云C2C算法的矿山沉陷监测研究

针对地表移动观测站和InSAR技术手段在矿山开采沉陷监测的局限性，利用机载激光雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)采集沉陷区三维点云数据，通过多时相点云构建地表数字沉陷模型(沉陷DEM),获取地表的移动变形特征。然而构建的沉陷DEM包含多种来源复杂且难以去除的噪声，限制了该技术在矿山开采沉陷监测的应用。提出将机载LiDAR点云直接比较的算法(Cloud to Cloud, C2C)进行矿山开采沉陷监测，以榆神矿区某工作面为研究区，将同期水准观测数据作为参考数据，并与三种主流点云插值算法构建的沉陷DEM进行对比，验证该算法的可行性和精度。结果表明，C2C算法能够快速获取高精度的沉陷值，其沉陷精度明显优于通过点云插值算法获取的计算结果，下沉曲线符合矿山开采沉陷的一般规律。该算法可以达到厘米级的精度，为矿山地表移动变形监测和生态环境修复提供了新的参考方案。     

基于3DEC的采空区稳定性分析

针对湖北三鑫公司金铜矿山调查采空区和变形、应力、破坏区及采空区周围的稳定性,并定位采空区的位置。根据地层信息、地质构造、采空区、溶洞、地应力测量和完整的岩石和间断界面的地质力学性能,利用3DEC软件建立三维数值模型,加载采空区周围的应力和变形条件以及岩体有限大小的连续性和相当复杂的三维地质进行了模拟。结果表明,该地区可以有拉伸或剪切的失败和高变形。在AGI实测基础上,利用3DEC数值模拟,通过预测结果与实际沉陷情况的比较,验证3DEC系统在开采沉陷预测中的适用性,证明其能较好地反映开采沉陷实际情况。     

GIS在开采沉陷中的应用探讨

阐述了将地理信息系统 (GIS)引入矿山开采沉陷的重要性。提出了GIS在矿山开采沉陷中应用的总体思路 ;对基于GIS的“三下”采煤方案设计、开采沉陷的环境影响评价以及矿山开采沉陷的预测预报的基本思路和数据结构的组织方式进行了分析 ;分析了GIS在开采沉陷领域应用的关键技术问题。     

面向矿山开采沉陷辅助决策的一体化GIS解决方案

针对矿山开采沉陷的巨大破坏，文中把矿山地下开采、岩层移动、沉陷预计、地表破坏、定量评价等作为一个整体考虑，提出了一体化的GIS解决方案。利用经典的概率积分法进行开采沉陷预测预报，并借助于组件GIS的开发技术增强其空间表达和分析能力，为矿山的开采沉陷预测、评价、治理提供决策支持。在研究分析的基础上，设计并开发了矿山开采沉陷预测预报及辅助决策系统。     

玲珑金矿开采沉陷动态预计

文中采用多项式拟合、灰色模型、时间序列AR模型、BP神经网络模型预计了山东黄金玲珑金矿的开采沉陷趋势,并将各模型预测值与观测值比较,验证了各模型在预测地表动态移动的有效性;通过使用与开采沉陷趋势相适宜的模型,为矿山安全生产提供有力的科学支撑。     

开采沉陷三维仿真系统研究

文中对开采沉陷三维仿真系统进行了研究,这不是对二维地理信息系统的简单扩展,而是从空间模型分析到空间数据库的结构直至三维数据的可视化,本系统的研制对于矿山沉陷地治理、矿山灾害的防治、矿区生态的保护等诸方面有着积极的意义。     

Logistic 模型在开采沉陷单点预测中的研究

为了揭示岩层与地表移动的内在机理和规律,基于研究矿区单点沉陷的重要性,提出用Logistic模型曲线拟合开采沉陷-时间关系曲线预测单点开采沉陷的方法,研究了用该模型进行拟合和理论预测以及模型检验,取得较好的拟合精度,平均拟合相对误差仅为8%,总结了单点沉陷的规律成"S"型,此模型参数少,方法简洁.结果表明,该Logistic模型预测法的合理性和应用价值是研究开采沉陷规律的一次有效尝试,对于研究矿区地表移动和变形规律具有重要意义.     

基于遥感测绘技术的矿山开采沉陷监测方法研究

为了提升矿山开采沉陷监测方法的监测精度,缩短整体监测周期,解决矿山开采地表动态沉陷数据采集不及时问题,融入遥感测绘技术,提出了一种新的矿山开采沉陷监测方法。通过遥感无人机的航飞方案进行全方位的设计,为后续的沉陷监测提供基础保障;获取矿山开采中不同时期的点云数据,采用滤波算法处理点云数据,实现矿山开采沉陷数据滤波降噪;基于遥感测绘技术提取矿山开采沉陷量,实现矿山开采沉陷监测。通过实测分析可知,新的沉陷监测方法,其矿山开采沉陷监测值与沉陷实测值之间的偏差较小,监测结果准确率均在95.03%以上,具有较高的可行性。     

模糊关系方程法在矿山开采沉陷最大下沉值预测中的应用

为了准确预测矿山开采沉陷的最大下沉值,利用模糊数学理论和方法,建立地表最大下沉值与影响下沉的诸因素之间的模糊关系方程,并使用Fuzzy矩阵转换法找出了各指标之间的模糊关系,根据工作面的各影响因素指标,求解得到预计工作面地表最大下沉值。采用某矿区实测资料对模型进行验证,预计结果最大相对误差9%,可以满足矿山开采沉陷预测的要求。研究成果表明模糊关系方程法可以准确地预计煤矿开采沉陷地表最大下沉值,为矿区开采沉陷预测提供了一种新的方法。     

基于D-InSAR技术和灰色Verhulst模型的矿区沉降监测与预计

针对在地形复杂的矿区沉降观测资料不易获取的问题,将合成孔径雷达差分干涉技术（D-InSAR）与灰色Verhulst模型相结合,提出了一种矿山开采沉陷监测和预计方法。该方法首先对覆盖大柳塔煤矿某工作面的12景TerraSAR-X雷达数据进行D-InSAR处理,获取观测站沉降值;然后根据沉降量与时间的关系建立了基于灰色Verhulst模型的预测函数,对开采沉陷发展规律进行分析。试验结果表明：3个测试点D-InSAR监测数据的绝对和相对误差分别为2.8~15 mm,0.9%~6%;结合灰色Verhulst模型预测的绝对和相对误差分别为3.4~18.8 mm,1.2%~5.7%。上述研究结果进一步表明,所提出的方法可有效弥补矿区沉降实测数据的不足,为实现矿区开采沉陷监测和预计的一体化软件设计提供参考。     

缓倾斜煤层矩形采空区地表沉陷盆地模型

分析了开采沉陷预测的典型曲线法和剖面函数法的不足之处,依据基于实测资料基础上的缓倾斜煤层矩形采空区地表沉陷盆地的特征,运用空间解析几何理论建立了普遍适用于缓倾斜煤层矩形采空区地表沉陷盆地的椭圆幂函数三维模型、沉陷盆地的走向和倾向主断面模型。应用实例表明该模型符合实际,用MATLAB可做出模型的三维图。     

基于MATLAB和FLAC3D的开采沉陷仿真教学实验系统研发

矿山开采岩层移动与地表沉陷机理及规律是《矿山开采沉陷学》的核心基础理论,其相关教学内容复杂且抽象,是课程教学的重点和难点。针对常规教学方法课堂效果差,且现有开采沉陷计算机仿真教学 存在诸多不足,综合矿山开采沉陷原理与方法、现有矿山开采沉陷研究热点问题以及前沿仿真教学设计方法,利用MATLAB和FLAC3D平台研发了矿山开采沉陷仿真教学实验系统。系统主要包括两个模块：①基于MATLAB 和FLAC3D耦合的岩层移动机理仿真模块。该模块针对矿山开采岩层移动相关教学内容,通过对MATLAB数值计算与表达功能和FLAC3D数值模拟功能的互补耦合,实现了对岩层移动机理和岩层移动规律的仿真。②基于 MATLAB GUI的地表沉陷规律仿真模块。该模块针对矿山开采地表沉陷相关教学内容,基于MATLAB GUI开发了开采沉陷预计原理仿真、智能参数反演原理仿真和开采沉陷规律仿真3个地表沉陷规律仿真子模块,实现了对 地表沉陷时空演化规律的仿真。所开发的系统界面友好,操作简捷,通过人机交互界面与系统进行交流,可以让学生充分理解并掌握岩移机理和规律、开采沉陷原理,以及开展相关预计参数求解等创新性实验,从而 有效提高教学质量和效果。教学实践表明：所构建的教学实验系统可以极大地提高学生的理解能力,培养学生的创新精神和学习兴趣,可有效解决《矿山开采沉陷学》教学的瓶颈问题。     

基于Knothe时间函数的开采沉陷预计研究

开采沉陷对矿山正常安全的采煤工序和地面建筑物有严重影响,为减少沉陷带来的损害,根据矿山实际生产情况,采用Knothe时间函数结合概率积分法,建立地表沉陷预计模型及公式,并运用Matlab软件编辑M文件将预测结果可视化,确定矿山开采过程中地表的沉陷量及沉陷范围,最终完成对地表的沉陷预计。结果表明:工作面在推进至148.8~186 m时达到最大下沉量,与预测结果基本吻合;随着工作面的继续推进,地表塌陷波及范围会不断加大,采取加大回采长度,保证地表的相对平整性;地表塌陷走势大致沿着走向方向呈台阶依次下沉,最大下沉处约1.6 m。方法可监测地表沉陷范围及下沉量变化,为减少沉陷损害提供指导依据。     

煤矿采空沉陷区地面变形危害评估研究

深部煤层开采引起的采空沉陷区地面变形,是矿山开采普遍存在的环境工程地质问题,不仅破坏矿山环境,而且造成巨大经济损失.结合力学分析及矿山数据资料,本文运用三角函数方法,对地面变形的最大沉陷量与沉陷面积进行估算,预测煤层开采后的危害程度.根据深部开采地表移动变形特点,调整生产方式,制定合理措施减轻地面沉陷,为减少或防止矿区地面变形危害提供理论支持.