基于岩层移动理论的急倾斜煤层采后地表移动变形规律研究

为了探究急倾斜煤层开采对地表沉陷的影响,以及进一步保护地表构(建)筑物,采用理论分析和数值模拟计算方法对急倾斜煤层开采后地表沉陷规律进行了系统研究。利用新修正后的概率积分法进行开采区域二重积分,得到了急倾斜煤层采空区上方地表沉陷的理论计算公式,对急倾斜煤层倾角及埋深对地表沉陷影响进行了分析,同时通过FLAC软件对急倾斜煤层上覆岩层的运移规律进行了数值模拟分析。结果表明:(1)对于急倾斜煤层,当倾角相对较小时,地表最大沉降量较大,且地表下沉曲线呈现非对称特性,随着煤层倾角增大,地表最大下沉量逐渐减小,下沉曲线由非对称性逐渐向对称性转化,当倾角为90°时,下沉曲线完全对称。(2)当急倾斜煤层采深较小时,地表最大沉降值较大,但影响范围较小。随着煤层采深增大,地表沉降值逐渐减小,但影响范围增大。     

不规则工作面开采地表沉陷线积分预计方法

沉陷预计方法对于预判煤层开采诱发的负面影响十分重要。概率积分法是开采沉陷预计的重要方法,但对于不规则工作面开采,其预计精度有待提高。本文针对这一问题,利用格林公式(Green formula)对概率积分法公式进行积分转换,将对工作面的积分转换为对采区边界的线积分;将边界简化分割为多条直线段,分别对各直线段作积分计算;通过叠加计算完成地表任意点及地表沉陷盆地移动变形预计;最后基于某实例进行了应用研究,验证了本文方法的有效性,相比概率积分法,本文提出的线积分法预计精度提高了23 %。     

基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

岩层与地表移动的矢量预计法

矢量预计法是基于倾角变化的开采沉陷模型及其岩层移动参数分析方法 ,把煤层倾角作为预计模型的变量 ,视水平煤层和竖直煤层开采的对称下沉盆地为模型的边界条件 ,依据随机介质理论 ,构建了闭区间 [0° ,90°]上的岩层与地表移动预计方法 .引入的岩层移动参数独立于开采煤层的几何要素 ,是对顶、底板岩层岩性的综合反映 ,因此矢量法参数对于不同级别倾角煤层具有继承性 ,本方法不仅为解决大倾角煤层开采沉陷问题提供了预计依据 ,而且也是构建岩层与地表移动的统一化模型的有益尝试     

条带开采与固体充填开采地表沉陷规律研究

目前,建筑物下采煤通常采用条带开采和充填开采,为了研究这2种建筑物下采煤方法的地表移动变形规律,结合花园煤矿条带开采和固体充填开采实测数据,分别进行了地表静态、动态移动变形规律分析。研究得出：条带开采走向边界角56°,固体充填开采走向边界角57°、上山边界角62°、下山边界角53°;两者的地表移动盆地特征基本符合传统垮落法开采地表沉陷规律,但两者动态移动变形规律与其相比有一定的差异,在工作面回采过程中两者地表点下沉速度较小,出现多处峰值现象,基本不存在传统垮落法开采地表急剧下沉的活跃阶段。最后反演出地表预计概率积分法模型各参数。上述研究将为类似矿区地表沉陷预计以及开采方案设计提供一定的参考和指导。     

不同煤层倾角开采地表下沉规律的模型试验研究

设计了基于煤层倾角变化的相似材料模型试验,以工业近景摄影测量系统为观测手段,对所获得的数据进行处理,得出不同倾角模型地表的下沉曲线。分析了随着煤层倾角的变化地表下沉曲线形态的差异性,并基于概率积分法对预计模型进行修改,通过MATLAB软件进行函数拟合,得出缓倾斜煤层与急倾斜煤层开采地表预计都适合的预计函数数学模型。     

综放开采作用下地表影响范围及煤柱留设参数研究

基于概率积分法和计算机分析软件,将开采沉陷预测方法应用于综采放顶煤开采中,研究了地表下沉盆地的形成过程,探讨覆岩移动规律并提出了开采沉陷对地表的影响方式。基于数值模拟方法对88301工作面开采沉陷影响进行分析,利用FLAC3D软件对岩层状态进行分析和处理,对综放采场覆岩的受力破坏过程进行了模拟,直观反映出开采沉陷对岩层与地表影响程度及范围。通过与地表观测数据实际情况的对比分析,验证分析结果的适用性,研究结果对综放采场岩层控制有参考价值。     

邻近采空区影响的地表沉陷概率积分参数反演

为了准确反演受到邻近采空区影响的地表沉陷预计参数,通过分析工作面开采后地表正常下沉规律与邻近采空区残余沉降量的预测方法,将邻近采空区等价成变采高的小工作面开采来进行概率积分法参数反演,提出了邻近采空区影响的地表沉陷概率积分法参数反演方法。利用该方法求取的概率积分参数预计得到的地表下沉曲线与实测曲线比较吻合,为邻近采空区影响的地表概率积分参数反演提供了可行方法。     

基于多函数交叉的地表动态沉陷预测模型及应用

为了研究工作面开采对地表沉陷的动态影响，以乌海某矿为研究的工程背景，通过使用Knothe时间函数与概率积分法交叉并结合Usher函数构建了地表动态沉陷预测函数模型，运用现场实测数据对预测模型的参数进行求取，最终得到走向、倾向动态沉陷预测公式；使用FLAC^3D模拟由工作面开采引起的地表动态沉陷过程。结果表明：工作面开采初期地表表现为隆起，中期由隆起转为沉陷，且当工作面推进至600 m时工作面达到充分开采，下沉曲线表现为“U型”；通过数值模拟与实测数据所绘制出的动态下沉曲线与走向、倾向动态沉陷预测公式绘制出的下沉曲线相似度较高，验证了动态沉陷预测公式的准确性与实用性。     

倾角50°左右煤层开采沉陷预计模型选择研究

为能够更准确地预计倾角50°左右煤层开采引起的地表沉陷,通过相似材料实验获取大量的实验数据,实验数据处理后得到地表静态下沉和水平移动曲线。分别基于概率积分法和皮尔森Ⅲ型函数法预计模型拟合地表静态下沉和水平移动曲线,分析拟合的参数、误差相关性以及中误差的情况,对比得出皮尔森Ⅲ型函数法更适合于倾角50°左右煤层开采沉陷预计。     

三河尖煤矿深部开采沉陷规律实测研究

基于铁路沉陷观测站实测资料,求取了多个工作面的概率积分法预计参数,获得了深部开采沉陷规律,并针对深部开采单个工作面属于非充分采动的特点,对下沉系数进行了修正和综合分析,研究成果为矿区今后开采沉陷控制提供了科学依据。     

急倾斜煤层开采最大下沉值对数预计法

根据急倾斜煤层开采地表沉陷基本特点和概率积分法原理,将急倾斜煤层开采简化为直立煤层的单元开采,基于欧拉常数,提出了急倾斜煤层开采(煤层倾角75°)的最大下沉值的对数预计法。利用孔集矿的实测资料对计算方法进行了验证。研究表明,该方法公式中所用参数稳定,可为急倾斜煤层开采造成的地表沉陷预报预警工作提供理论支持,具有较强的实用性。     

基于Matlab的概率积分法开采沉陷预计参数解算

通过在开采工作面地表建立观测站获取地表变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,从而预计工作面周边或相似开采条件下工作面的开采沉陷并评估和指导开采作业,其前提是精确获取概率积分法开采沉陷预计参数。为此,基于Matlab软件,采用最小二乘法拟合观测点变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,并结合Matlab软件绘图工具开发了集数据载入、坐标转换、参数解算、结果输出、开采沉陷预计及反演为一体的可视化开采沉陷预计系统。以淮南谢桥煤矿11316工作面为例,根据地表移动观测点位移数据解算开采沉陷预计参数并与实测值进行对比分析,结果表明,该系统解算出的开采沉陷预计参数符合两淮矿区开采沉陷的基本规律,反演结果与实测值基本吻合,该系统对于实现矿区开采沉陷高精度预计和反演具有一定的参考价值。     

基于Knothe模型的山区开采地表动态下沉预计方法

随着地下煤层的开采,其上覆岩层在重力作用下将产生变形、移动和破坏,岩层内部所产生的移动变形也逐渐传递至地表,引起地表的移动变形。山西大部分可采煤层均位于山区,因此对山区开采沉陷的动态预计研究是必要的,以Knothe时间函数为基础,结合山区滑移影响函数,建立了基于Knothe时间函数的山区开采沉陷的动态预计公式,可预计地表某一点在某一时刻的动态下沉值,并采用山西某矿区的实测地表移动观测资料进行验证。结果表明:预计与实测下沉曲线具有较好的一致性。     

孟村矿首采工作面开采沉陷监测研究

为了解决孟村煤矿开采沉陷及岩移参数问题，结合首采工作面进行监测点布设、沉陷监测和数据计算分析。总结了首采工作面地表沉陷规律，计算了地表沉陷岩移参数，包括边界角、移动角、充分采动角等，并获取了概率积分法预计参数。为后续工作面开采、保护煤柱留设和建构筑物保护提供了指导。     

开采沉陷预计参数的广适应性BP神经网络反演方法（增刊）

基于实测资料的概率积分法下沉预计能够准确描述开采引起的地表下沉变化,广泛应用于全国各大采区。为了获取准确可靠的开采沉陷概率积分法预计参数,本文以概率积分法沉陷预计为基础,利用BP人工神经网络反演求取预计参数。BP人工神经网络具良好的鲁棒性和非线性映射能力,在参数选取过程中能快速准确的确定预计参数与观测站点实测下沉量之间的映射关系,能准确反演得到实测下沉预计参数。根据地表实测数据,将概率积分法下沉预计与BP人工神经网络相结合,建立了适用于多种地质采矿条件的沉陷预计参数反演模型,并对阳泉某矿进行参数反演,得到结果与实测数据基本吻合,表明应用广适应性BP神经网络方法反演开采沉陷预计参数是可行的。     

基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

高潜水位多煤层开采地表沉陷积水区动态演变预测

分析了厚松散层下多煤层开采沉陷的部分显著性特征。基于概率积分法提出了开采沉陷预计与初始地形相结合的矿区开采沉陷积水区分布预测方法,并开发出了开采沉陷预计软件。利用该软件预测分析了淮南潘集矿多煤层开采引起的地表沉陷积水区的时空分布演变过程,有效显示出了地表沉陷未积水区、浅水区、深水区的分布与开采进程之间的联动关系,对于高精度预计矿区开采沉陷有一定的参考价值。     

大强矿深部开采地表沉陷规律及机理研究

针对深部开采地表沉陷预测与控制问题,以铁法矿区大强矿为例,通过资料分析了深部开采地表沉陷规律;采用数值模拟方法,分析了深部开采地表移动机理。研究表明,深部极不充分开采,地表下沉值和下沉速率均较小,地表下沉活跃期不明显。深部开采表现为地表一定范围内的整体下沉,影响范围扩大,地表下沉系数相应减小。采用概率积分法进行开采沉陷预计时,应对地表移动参数进行修订。     

基于松散层厚影响的概率积分法开采沉陷预计模型

为提高厚松散层开采下概率积分法的预计地表沉陷精度,表明下沉盆地边缘收敛缓慢的问题,基于概率积分法理论提出了新的开采沉陷预计模型,该模型考虑了松散层厚度的影响,引入了松散层影响系数这一新参数。结合淮南潘北矿1212(3)工作面实例验证,研究结果表明:新预计模型比概率积分模型的预计精度高,拟合相对中误差由原来的8%减少到6%;松散层影响系数与主要影响半径呈正相关,两者之间大小关系明确。