山区开采地表动态移动变形规律

我国约有1/3的煤矿位于山区,开采造成的山区地表移动变形与平原地区有较大区别。为探究山区开采地表移动变形的时空特征,揭示山区开采地表动态移动变形规律,首先通过分析山区地表移动变形特征,确定了山区开采滑移影响函数,并应用叠加原理构建了顾及山区地形与平原因素的山区地表移动变形预计模型;然后结合Knothe时间函数,推导了山区开采地表动态移动变形预计公式;最后分析了正坡、反坡2种模型的地表动态移动变形规律。采用山西某矿的现场实测数据对山区地表移动变形预计模型进行了验证,取得了较好的一致性。山区开采地表动态移动变形规律的分析,为最大限度确保矿区地表建（构）筑物免于地表动态移动变形破坏提供了技术依据。     

多工作面开采地表沉陷动态预测系统研究

将工作面沿走向划分为若干个开采单元,地表动态移动变形值等于这若干个开采单元单独动态移动变形值的叠加;以Knothe时间函数和概率积分法为基础,建立了多工作面开采地表移动变形预计模型;研究了动态预计模型中单元格的划分方法以及不同坐标系之间的转换关系;设计了多工作面开采地表移动动态预计的算法步骤;通过对比分析预测结果和实测数据,以及展示某矿多工作面开采地表沉陷的预测效果,证实了该算法的可行性和实用性。     

基于Bertalanffy时间函数的地表动态沉陷预测模型

常规地表沉陷预计是对工作面回采结束、地表沉陷稳定后最终的静态移动变形预计;当涉及建(构)筑物下保护性开采与地面建(构)筑物加固及动态纠偏治理时,需要掌握该地质采矿条件下的地表动态移动变形规律,同时能够解决区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。首先对常见Knothe,Logistic,Weibull、分段Knothe、幂函数-Knothe与双曲线等时间函数的曲线形态、各时间段的地表动态下沉、下沉速度与下沉加速度进行了优缺点和适用性分析;其次基于东坡煤矿地表移动变形实测数据,针对特厚煤层综放开采条件下地表移动变形的特殊性,引入Bertalanffy时间函数,并基于此函数改进Bertalanffy三参时间函数;分析了各参数对改进Bertalanffy三参时间函数的影响规律,研究了各参数的物理意义以及与地质采矿条件的内在联系规律;最后将该函数用于平朔井工一矿特厚煤层综放开采条件下的地表动态下沉预计,并进行了拟合优度分析和现场应用效果检验。结果表明:基于改进Bertalanffy三参时间函数的各参数物理意义与地质采矿条件具有内在联系;该地表动态沉陷预计模型可塑性强、有着较好地预测精度和应用广...     

多煤层开采沉陷动态预计分析

为探索多煤层开采沉陷动态预计规律,通过对开采沉陷动态预计基本理论的分析,基于Knothe时间函数设计了时间影响参数c的算法,编制了开采沉陷动态预计软件,以济阳煤矿首采区为工程背景,应用该预计软件进行了沉陷动态预计。预计结果与实测数据对比精度可以接受,证实了所建立的Knothe时间函数求参模型的实用性和可靠性。     

开采沉陷动态预计的正态分布时间函数模型研究

使用常用的Knothe时间函数进行煤炭开采所引起的地表动态下沉预计时,其反映的地表下沉速度和下沉加速度与地表实际下沉规律不相符,基于此,可引入一种新的时间函数—正态分布时间函数,对该时间函数值的变化范围和变化规律进行了详细对比,给出了正态分布时间函数用于地表动态预计时参数的确定方法,并利用该时间函数对某矿区地表下沉实测数据进行了对比预测。研究表明:正态分布时间函数的下沉速度和下沉加速度与地表动态下沉规律是相吻合的;当进行不同精度的动态预计时,合理选择函数的形态参数非常重要;在某些矿区,利用正态分布时间函数进行动态预计比使用双参数Knothe时间函数进行预计更符合地表移动的变化规律,预计结果也更为可靠。     

开采沉陷动态下沉模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在描述动态下沉过程中下沉速度的不足,采用改进的双参数Knothe时间函数建立动态下沉模型,其中的覆岩岩性决定系数c及幂指数k值采用最小二乘法求解,最大下沉值W0通过地表移动观测站实测资料确定。采用拟合决定系数R2评定精度,以淮南某矿1242（1）工作面地表移动观测站实测资料进行模型精度验证,最大下沉点MS29和ML44在各个观测时期的拟合决定系数分别为0.983 6和0.975 7,工作面推进过半时（328 d）倾向和走向观测线上各监测点观测值与预计值的拟合决定系数分别0.995 3和0.958 2,计算结果表明双参数Knothe时间函数模型动态预计1242（1）工作面开采沉陷全过程精度可靠。     

大倾角煤层开采地表沉陷规律研究

为研究大倾角煤层开采的地表沉陷及岩层运移特征、保护地表建构筑物，采用数值模拟计算、基于Konthe时间函数的动态预计和基于概率积分法的地表沉陷软件计算等方法进行了系统研究。数值计算结果表明，大倾角煤层开采时受非均布载荷作用，垮落岩层绕下铰接点回转，造成上山边界处地表下沉较大而下山边界处地表下沉较小。动态预计和地表下沉软件预测结果表明，开采影响范围内的西土山中心小学和高层建筑的地表变形均处于Ⅰ级以内，影响轻微。基于概率积分法的地表沉陷预计得出，工作面浅部地表下沉明显大于深部，而小学和高层建筑均处于深部边界对应的地表位置，这与数值计算结果相吻合，将大大减小工作面开采对地表建筑物的影响。     

山区地表移动预计修正模型及其参数求取方法

为了克服山区开采地表沉陷预计模型中的滑移影响函数以及求参模型的缺点,建立了山区开采地表移动变形预计修正模型,即新的滑移影响函数仍沿用原有参数A,P,t形式,但各参数的取值和物理意义存在差异。依据修正模型,以实测下沉值、水平移动值分别与模型预计值之差平方和最小为原则构建适应度函数,基于遗传算法原理进一步提出了山区地表沉陷预计模型求参新方法。最后将提出的山区沉陷预计修正模型和求参方法用于山西某矿工作面开采地表移动,取得了良好的工程实践效果。     

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。     

基于影响函数法的厚硬关键层条件下覆岩移动预测模型

针对某矿8104工作面上覆岩层移动变形预测进行研究,将基于影响函数法的开采地表沉陷预计方法推广应用于地表至开采煤层之间的覆岩的移动变形与预计分析,建立厚硬关键层条件下覆岩移动预测模型,预测出的岩层下沉的数据绘制完整的上覆主要岩层在煤层回采过程中沿走向、倾向方向上的下沉曲线,以及对应的沉陷分布等高线、应变分布等高线,直观地反映出关键层对覆岩沉陷的影响程度及范围。