广义时间函数参数求取方法研究

基于区间估计算法求取Knothe时间函数参数的原理,结合由开采引起地表沉陷的一般事实规律提出了采用区间估算法求取广义时间函数参数的构想,并建立了相应的数学模型,给出了地表移动动态预计的基本原理.结合实例,将采用该模型求得的参数进行地表动态沉陷预计的结果与实测资料进行对比分析.结果表明,该模型对矿区地表下沉动态预计能够达到较好的效果,说明该模型具有一定的实用价值.     

密实充填采煤的岩层移动理论研究

综合机械化固体充填采煤技术能实现密实充填,其岩层移动和地表沉陷规律与垮落式采煤显著不同.在较系统分析充填采煤岩层移动的等价采高理论基础上,建立了密实充填采煤岩层移动的结构力学模型,并进行了连续介质力学分析,给出了相应的岩层移动和地表沉陷计算公式.通过实例分析,提出了在密实充填后,如还采用概率积分法预计地表沉陷,则应对传统的地表下沉预计参数加以修正.可为密实充填采煤覆岩移动和地表沉陷分析提供相关思路以及理论和方法.     

综采放顶煤地表移动规律特殊性

调查分析了兖州矿区鲍店矿综采放顶煤工作面和普通综采工作面地表移动观测站实测资料．研究结果表明：综放开采时地表移动更加剧烈,地表危险移动范围增大,超前影响范围超过常规分层开采约４０％,下沉活跃期占总移动时间的７１．４％,活跃期下沉量约占总下沉量的９５％．研究还表明,采厚是控制超前影响角和最大下沉速度滞后角的重要因素之一,地表充分采动区存在的残余变形现象更加明显     

基于变步长FOA—Richards模型的 地表沉降动态预计

针对地表动态沉降的非线性和随机性特征,且沉降大致呈现"S"形曲线发展,最终趋向于稳定状态,采用Richards函数进行动态预计。基于采动区地表下沉Richards模型求取参数较为复杂,引入变步长果蝇优化算法(FOA)思想,建立采动区地表下沉动态预计的变步长FOA—Richards模型,以提高预测精度。工程实例分析表明,变步长FOA—Richards模型符合理想的时间函数特征,能够较好地预计出动态下沉值及下沉速度,且精度可靠性较高。     

大采深巨厚砾岩综放开采地表沉陷规律

以常村煤矿工程地质资料和地表移动观测站资料为依据,详细分析了2113工作面地表终态下沉、动态下沉和终态水平移动的特征,从机理上研究了大采深巨厚砾岩开采条件下地表形变异常的原因.通过走向方向最大下沉点下沉速度的变化规律和工程实测资料,得出了地表形变与井下冲击地压的关系,确定了地表移动与变形的角量参数.结果表明,受关键层的控制,在整个观测过程中,地表始终处于缓慢下沉状态,且在沉降过程中不存在下沉突变点;下沉速度的反弹可以作为冲击地压危险的预报信息,巨厚砾岩层的运动是发生矿震的主要力源之一.     

基于灰色预测模型的概率积分法参数确定研究

运用灰色预测模型可以对矿山开采引起的地表下沉和水平移动的观测数据进行处理与分析,进而确定概率积分法参数.根据潞安矿区司马矿地表移动观测站的实测资料,通过建立灰色预测GM(1,1)模型,利用Matlab对观测数据进行插值处理,获得等间隔数据,求取了概率积分法参数,并进行了相关精度分析.在此基础上,将灰色系统预测方法与曲线拟合方法求取参数的结果进行了对比分析,指出了两种方法存在误差的影响因素.结果表明,运用灰色系统理论求取的概率积分法的参数可靠,体现了动态预测的特点.同时,提出可以通过实施定期等间隔的观测和加大对衰退期的观测次数等措施,提高概率积分法参数的精度.     

充填采煤理论与技术的新进展及展望

充填采煤是绿色开采的核心,在综合阐述煤矿充填采煤技术发展历史的基础上,介绍了近年来我国综合机械化充填采煤理论及技术取得的重大突破,包括:长壁工作面采充一体化原理、综合机械化固体充填采煤技术、密实充填有效控制岩层运动的目标、充填采煤岩层移动预计的等价采高理论、密实充填采煤岩层移动的解析计算公式和充填采煤岩层移动与地表沉陷实测比较等.指出了研发新型低成本充填材料、提升充填采煤装备自动化水平、建立充填采煤基础理论与相关评价体系、协同充填采煤与地下水环境保护是煤矿充填采煤技术发展的必然趋势.     

深部矸石充填体黏弹性效应及顶板时效变形特征

深部充填开采矸石充填体的黏弹性特征对顶板长时变形具有重要影响.采用矸石充填体侧限压缩试验系统测试了矸石充填体的黏弹性,建立了矸石充填体分数阶蠕变模型和分数阶蠕变地基梁模型,给出了分数阶黏弹性地基梁的挠度表达式,结合工程案例分析了顶板时效变形特征,认为深部环境下矸石充填体具有显著黏弹性效应,而顶板会随充填体的蠕变不断产生变形,且其时效变形可采用矸石充填体分数阶黏弹性地基梁模型预测.结果表明:矸石充填体在分级加载下,总蠕变应变随蠕变时间和最大应力的增加而不断增长,应力达到20 MPa时,应变增幅为2.86%;识别了矸石充填体分数阶蠕变模型参数,参数识别精度R²均大于0.99;根据分数阶黏弹性地基梁挠度表达式计算得出顶板10 a蠕变量较1 a蠕变量在采场充填区中心位置增加2.73%;分数阶黏弹性地基梁顶板变形理论值与新巨龙1302N工作面直接顶下沉实测值相对误差为4.29%.     

固体充填体压实特征下岩层移动规律研究

基于充填材料压实特性试验,结合具体工程实例,推导出充填体弹性模量与垂直应变之间的关系,利用FLAC3D软件内置FISH语言,编制相应的充填体非线性压实程序,准确地模拟矸石充填采空区后上覆岩层移动规律.研究结果表明:充填采煤工作面顶板下沉量随着工作面的推进而逐渐增大,整体以缓慢弯曲下沉为主,没有出现激增的现象;超前支撑应力分布与垮落法开采相似,其超前支承应力峰值及影响范围均要比垮落法开采低;矸石充填体内部应力呈现"拱形"分布,随着工作面的推进,矸石充填体内部应力逐步升高,增幅逐渐减小.现场实测数据与数值模拟结果基本吻合,验证了研究成果的科学性.     

地表动态沉陷变形规律与计算方法研究

为了全面揭示地表动态沉陷变形的全过程,通过分析相似材料模型实验结果和实测资料,针对地表动态沉陷变形的发展变化特点,将地表动态沉陷盆地发展变化的全过程划分为下沉发展、下沉充分和下沉衰减3个阶段．结果表明：3个阶段的走向主断面上地表下沉表达式可以用负指数函数表示;下沉发展阶段地表下沉表达式中W,L,a和b动态形位参数随推进距的变化分别为对数、线性和指数函数,下沉充分阶段地表下沉表达式中的W,L,a和b为常数值5460mm,440m,5．57,5．1,下沉衰减阶段地表下沉表达式中4个动态形位参数随时间的变化符合对数函数;最大下沉速度的变化过程也分发展、充分和衰减3个阶段。     

时序分析在开采沉陷动态参数预计中的应用

应用时间序列分析法,对开采沉陷动态过程的概率积分法预计参数进行分析,建立动态预计模型。用该模型可对参数的未来值进行预计,然后利用预计结果进一步预计地表的移动变形,解决了开采沉陷的动态预计问题。应用此法,地表下沉的相对预计误差一般为４％左右,与传统方法相比,预计精度可提高５％～１５％。     

大红山铜矿地下开采对3~#大沟废石场的影响

地下点柱充填采矿法改变了上覆岩层的原有应力状态,可能会引起地表产生一定变形和岩层移动,进而影响到地表3~#大沟废石场的安全使用与保护问题。为了确保地表废石场的稳定,采用有限差分程序FLAC3D模拟地下矿体开采对地表废石场的影响,通过模拟结果表明:岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,地下开采对地表废石场产生的下沉变形很小,仅为3.8 cm,同时地表未产生塑性扰动区,说明3~#大沟废石场是处于安全稳定的状态,研究结果为地表3~#大沟废石场的设计和安全建设提供了指导性的依据。     

基于改进Kriging模型的舰载机着舰下沉速度影响性分析研究

着舰下沉速度是舰载机起落架及其连接结构载荷设计的重要输入,直接影响到起落架和机体结构重量。为了探索舰载机使用环境下各参数对下沉速度的影响,基于F/A-18A飞机的实测着舰数据,采用多元统计学中偏相关分析方法分析了15个着舰参数与下沉速度的相关程度,结果表明飞机瞬时下滑角、甲板俯仰角与下沉速度呈高度相关,进场速度、舰上接合速度与下沉速度呈中度相关。以上述4个着舰参数作为自变量,将遗传算法用于相关函数待定系数的优化求解,并建立了F/A-18A飞机下沉速度改进的Kriging插值代理模型。所建模型给出的下沉速度预测结果的复相关系数为0.981、平均相对误差为1.813%及最大相对误差为6.771%,与经验公式及普通Kriging模型对比,精度指标均为最好。所提改进Kriging模型及得到的分析结果可为类似型号舰载机下沉速度研究及着舰姿态控制提供依据。     

基于地表点下沉阶段特征的覆岩裂隙带高度演化

煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程,因地表下沉滞后于煤炭开采,采空区封闭后,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低.基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化全程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程,针对不同阶段裂隙带高度演化开展了试验研究和理论推导,揭示了不同阶段裂隙带高度的演化特征及影响机制,并结合同忻煤矿和太平煤矿实测结果进行了验证.研究结果表明,关键层的控制作用使得裂隙带高度阶段性增长,关键层最终破断层位及其上方部分岩层的岩性特征决定了第1阶段裂隙带发育高度,第2阶段裂隙带高度由第1阶段结束时裂隙带高度及垮落带高度、不同状态下的垮落带碎胀系数及地表动态下沉结束后的下沉量决定.研究可为废弃采空区卸压瓦斯地面抽采钻井结构设计及煤矿地下水库极限库容计算提供参考.     

综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用

放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动直接影响到采场矿压显现，上覆巨厚砾岩层断裂下沉造成综放面出现大能量微震事件.基于河南省西部矿区某煤矿13230综放面地质采矿条件，利用相似模拟试验和理论分析研究了综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型.基于巨厚砾岩层发育特征，以中部弱面为界将其划分为下位和上位砾岩层.相似模拟得到了综放开采砾岩层与下伏岩层之间离层的时空演化规律，将离层演化过程划分为“孕育阶段—加速阶段—缓慢扩展阶段—稳定阶段”4个阶段；模拟得到了砾岩层初次和周期垮落体为四棱柱体，推出了垮落体对综放面冲击能量计算式；建立了综放开采巨厚砾岩层离层和断裂力学模型，推出了离层量和砾岩层初次垮落步距计算式.现场微震系统监测结果表明，巨厚砾岩层下、上位砾岩层的初次和周期垮落产生的震动场都将对综放面煤岩体产生冲击，在综放面前方煤岩体出现大能量的矿震，其中下位砾岩层断裂时对综放面冲击最严重.研究结论对巨厚砾岩层下综放开采时地面减沉和井下冲击地压预测防治具有重要的指导意义.     

关键层对急斜下保护层开采保护作用的影响

以某矿多煤层下保护层急倾斜俯伪斜工作面为例,确定了沿工作面伪斜方向顶板硬岩层承受的栽荷和充填体的支撑栽荷的表达式.基于关键层理论和有限元数值模拟方法,确定了下保护煤层开采后上覆岩层中的关键层的位置及其破断距;得出了急倾斜煤层开采后受关键层影响下的上覆岩层移动特点和破坏形态;分析了关键层对保护层开采保护范围的影响.研究表明,距下保护层K6煤层17 m的硅质石灰岩为上覆岩层中的关键层,其破断距为30 m左右;关键层破断之前,关键层上部的被保护层卸压并不明显;关键层破断以后,保护层的保护作用逐渐明显;且被保护层的瓦斯涌出规律与关键层破断距成周期变化,倾斜上部瓦斯得到充分释放,而倾斜下部由于冒落矸石的充填导致岩层变形较小,瓦斯不能充分释放,使保护范围在倾向上部比下部大.     

深部极不充分开采非常规观测站预测参数求取

为了研究深部极不充分开采地表移动的规律及预测参数的求取方法,对比分析了煤矿区地表移动观测站预测参数识别方法,基于概率积分法和概率密度函数法,构建了单向极不充分开采非常规观测站曲面拟合函数模型。以云驾岭煤矿三采区首采面12303工作面开采为例,采用曲面拟合法求取了地表沉陷预测参数。结果表明:在非常规观测站布设条件下,曲面拟合求参法适合于该类地质采矿条件,地表下沉率为0.12,走向主要影响角正切值为0.5,倾斜下山方向主要影响角正切值为1.2,走向左、右拐点偏移距分别为0.46 H0和0.2 H0,而最大下沉点向下山方向偏移量很小。这对于指导建筑物下安全开采和矿区保护煤柱留设具有一定的参考价值。     

地下开采岩层变形相似材料模拟的数值试验

在金山店铁矿东区浅部开采岩层变形相似材料物理模拟的基础上,结合34#剖面工程地质特征建立了深部开采的FLAC数值分析模型.随后,依据-550 m水平开挖时相似材料物理模拟的地表变形实测值,采用BP神经网络和遗传算法等手段对相似材料力学参数进行了优化,构建了深部开采相似材料模拟数值试验模型.以该数值试验模型对金山店铁矿深部开采岩层变形规律进行了研究,结果表明:进入深度开采后,上盘岩层移动角趋于58°,下盘岩层移动角趋于63°.这种研究方法不仅节省了做相似材料物理模拟试验的费用和时间,而且误差可以控制在5%的允许范围内,其结果对深部开采地表征地和搬迁具有重要的参考价值.     

浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律实测研究

为研究浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律,结合哈拉沟矿地质采矿条件,在22407工作面上方布设合理的地表移动观测站,进行地表移动和变形监测,获得较为完善的地表移动和变形资料。通过分析地表走向和倾向观测线的静、动态移动变形曲线,获得地表移动变形规律、相关角量参数及概率积分法预计参数。结果表明,在浅埋厚煤层高强度开采条件下,地表下沉比较剧烈,地表最大下沉速度达到696 mm/d,移动变形比较集中,能够快速形成下沉盆地,地表移动在很短的时间内达到稳定状态。研究成果可以为类似矿区设计"三下"采煤及合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预计提供参考。     

深部条带开采下沉系数与采厚关系的数值模拟

以峰峰万年矿的地质采矿条件为原型,利用FLAC3D数值模拟软件,建立了深部大采宽条带开采数值模拟模型,对开采厚度与下沉系数的关系进行了研究.结果表明：在采深和采出率等条件相同的情况下,地表下沉值和水平移动值均随采厚的增加而增大,而下沉系数随采厚的增加以非线性关系逐渐减少.下沉系数与开采厚度关系的确立,对深部大采宽条带开采地表移动变形预计及优化设计具有指导作用.