开挖沉陷地表变形可视化计算分析系统研究

建立开采沉陷预计计算与分析的模型，实现实测多点数据拟合分析、一般条件下的地面变形计算、山区地面变形计算、条带开采引起的地表变形计算及采留宽计算的可视化系统计算分析。本计算系统主要是运用数据之间的软件流进行数据的转换和传递，计算出沿下沉盆地的走向与倾向主断面的移动和变形分布规律以及受开采影啊的地表任意点的移动和变形值，此系统的应用对资源与环境的评价具有实际意义。     

基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形方法研究

 为了解决D-InSAR技术不能全面监测煤矿开采引起的地表移动与变形问题,综合运用理论推导和模拟实验方法,开展基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形的方法研究,主要取得如下成果：(1) 融合近水平、缓倾斜煤层开采沉陷规律和D-InSAR技术,建立任意像元任意方向下沉、倾斜、水平移动、水平变形和曲率变形的计算模型及其推广模型。模拟实验结果表明,在模拟地质采矿条件和影像分辨率10 m条件下,任意像元移动变形模型提取精度为：① SN,EW向倾斜计算误差分别为±0.03和±0.02 mm/m;② SN,EW向水平移动计算误差分别为±1.6和±1.3 mm;③ SN,EW向水平变形计算误差分别为±0.04和±0.03 mm/m;④ SN,EW向曲率计算误差分别为±0.001和±0.001 mm/m2。模型精度满足矿山开采沉陷监测要求。(2) 利用构建的基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形方法,提取了20120105～20120116期间,南屯煤矿9310工作面开采引起的SN,EW向采动地表移动与变形。研究成果对矿山开采沉陷D-InSAR监测具有重要参考价值。     

基于地表移动矢量的概率积分法参数反演方法

为解决概率积分法参数反演时计算不稳定、初值依赖、优化指标难以选取、非矩形工作面,多工作面影响下难以反演的问题,提出采用地表空间移动矢量反演概率积分法参数的遗传算法模型。该模型采用地表移动矢量的误差平方和最小作为计算指标,以遗传算法作为参数优化的核心算法进行概率积分法参数反演。用空间移动矢量指标可以解决分别采用下沉、水平移动监测值反演结果不相同、精度难以估算的难题。矢量反演模型对观测站设置没有特别严格的要求,降低了设站不当引起的计算误差。为解决遗传算法多次计算结果不同的问题,建立了组合预测计算方法,依据中误差加权均值得到唯一的计算结果。基于矢量移动值的反演模型,避免了传统计算方法的多个缺陷,计算效率高、易于与已有开采沉陷预计程序结合,为解决非矩形、多工作面地表移动观测站参数反演的工程应用问题提供了新的解决思路和计算方法。     

大型金属矿体开采地应力场变化及其对采区岩体移动范围的影响分析

根据金属矿地下开采引起的地应力场变化对岩体移动变形范围影响的工程实际，采用现场实测和数值分析方法，对深埋破碎金属矿体开采引起的地应力场变化及其对地质环境影响并导致岩体移动变形范围不断扩大这一客观现象进行了具体计算分析。结果表明，矿体开采后，随着采深的增加地应力明显增大，岩体移动变形的影响范围也随之而增大。另一方面，地应力场变化，尤其是水平方向的构造应力场变化和影响是不可忽视的。     

翔宇磷矿山体下开采安全预测与技术决策

针对翔宇化工公司磷矿具体情况，根据山区采矿岩体移动变形的特点，通过采用Fuzzy测度理论，建立了数学模型，并将该模型用于地下采矿岩体移动变形分析及山体稳定性预测。该模型既可以分析水平地表下采矿岩体移动变形：又可用于分析山区复杂地形条件下采矿岩体移动变形；并可用于地下采矿引起地表变形及其影响范围的预测分析，适用范围较为广泛。使用本文所建模型对磷矿开采后岩体移动变形及其对该矿5-2块段所对应的上部地表山体稳定性进行了具体计算和预测分析，并提出了可行的安全开采技术方案。可供地下矿山开采设计参考。     

天然气水合物开采时海底地层沉降行为的研究

文中主要采用有限差分法对开采可燃冰(以下简称MH)时,MH堆积层的强度变化以及间隙中的流体移动导致的开采井周边地层的变化进行了数值模拟计算。计算中建立了两种模型,分别是水平海底地层和倾斜海底地层,采用热刺激法和减压法开采MH时,基于温度-应力-渗透流耦合分析法,模拟了海底地层的变形。结论得出MH开采时海底地层的沉降主要是排水固结沉降,海底地层倾斜角度越大,开采MH时对海底地层的影响越大。     

急倾斜厚大矿体地下与露天联合开采岩体移动分析的模糊数学模型

针对急倾斜厚大矿体地下与露天联合开采岩体移动分析问题，利用模糊数学理论，建立了开采岩体移动分析和边坡稳定性分析的模糊数学模型。对分析过程中的工程参数确定给出了模糊数学方法，利用所建立的数学模型，对我国某地下与露天联合开采矿山急倾斜厚大矿体地下开采导致的岩体移动变形及上部边坡稳定性进行了具体的计算分析，所获结果可作为工程设计参考应用。     

鲁中矿区地下开采对竖井井塔楼的影响分析

针对鲁中矿区软岩地层地下开采引起岩体移动变形及竖井井塔楼倾斜变形的工程实际情况，将该矿区深埋金属矿体开采引起的岩体移动变形这一客观现象视为一随机事件，建立了开采岩体移动分析数学模型，并利用该模型对开采引起采区岩体移动变形及竖井井塔楼所处地表移动变形进行了具体计算分析。分析结果表明，理论预测值和工程实际观测结果吻合很好；在软岩地层条件下，矿体开采地表移动变形的影响范围有随着采深的增加而逐渐增大的趋势。这些结果可用于矿山竖井及井塔楼的安全评价。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

软岩地层地下铁矿开采岩体移动影响范围及变化趋势分析

 在我国官庄东矿北采区,采用分段崩落法进行回采,虽然矿区地表建筑物远离设计的地表移动影响范围,但仍受到影响。结合官庄东铁矿北采区进行分析,对深部开采引起的动态岩体移动变形问题进行具体计算,分析深部开采的岩体移动变形规律及特点,实际观测和理论分析均表明,深部开采工作面的覆岩破坏,具有整体移动变形均匀的特点;软岩地层深部铁矿开采引起的地表移动变形发展缓慢且周期较长。     

可视化地层模型信息系统在地面沉降研究中的应用

在我国多个城市发生了由于地下水过量开采而引起的地面沉降现象,并由此造成了重大的环境问题和经济损失,预测与控制地面沉降已经成为这类城市发展中必须面对的问题。基于地面沉降产生的机理,在GMS平台上建立了第四系地层三维可视化地层模型信息系统,该系统可以直观地显现不同性质土层的空间展布形态和空间组合特征,实现了研究区地层的拆分与组合,剖面的任意切割与显示,指定深度切割水平剖面,任意视角观测地层等地层信息的三维可视化直观表达,为研究地面沉降问题提供了宝贵的资料信息和有利条件。     

特大采高综采面关键层结构形态及其对矿压显现的影响

 通过对我国首个7.0 m支架综采工作面开采的现场实测、模拟试验与理论分析,就神东矿区特大采高综采工作面覆岩关键层结构形态及其对矿压显现的影响规律与支架合理工作阻力的确定等问题进行了深入研究。结果表明：由于特大采高工作面采高明显增大,覆岩亚关键层1易进入垮落带中,不能形成“砌体梁”结构,而呈“悬臂梁”结构周期性破断,形成工作面的周期来压,周期来压的持续长度与支架控顶距接近,较关键层“砌体梁”结构来压持续长度明显偏大。一定条件下,覆岩亚关键层2的周期破断会引起亚关键层1的提前破断,并造成工作面周期来压步距和来压强度呈一大一小的周期性变化。提出了特大采高综采面不同覆岩关键层结构形态时支架工作阻力的确定方法,并依此确定了补连塔煤矿22303工作面7.0 m支架的合理工作阻力为17 612 kN,现有支架额定工作阻力16 800 kN,在工作面部分区域略显偏小。     

红层嵌岩桩承载特性研究

针对红岩基岩各层厚度变化大且存在软弱夹层的现象,采用ADINA有限元软件,对红层嵌岩桩的基层存在软弱夹层时的承载特性进行了研究,得出了一些有价值的结论,对今后的工程实践具有重要的理论意义。     

关于综放开采的岩层运动和矿山压力控制问题

应用内外应力场理论，根据鲍店煤矿的生产实践，结合实验室相似材料模拟研究，对分层开采，网下综放，全厚综放三种不同开采条件下的冒落岩层厚度、导水裂隙带高度、地表沉陷特征以及支承压力大小及分布特点进行了分析和探讨，并建立了相应的计算模型，为现场综放回采工作面、回采巷道矿压控制以及综采放顶煤完全开采提供了理论依据     

夹有软弱土层的层状场地对入射SH 波的响应分析

采用横观各向同性层状弹性体模型模拟半空间上部的层状场地,根据在ＳＨ波入射时这种场地的动力刚度矩阵及基岩输入运动场地响应的计算公式,对夹有软弱土层的层状场地的响应进行了计算,计算结果表明,夹有软弱土层的层状场地与一般的层状场地的频谱特性有明显的区别,但并非总是减小场地的响应,在某些频率处其响应甚至要超过后者,这一点应引起注意。     

地下工程数字化的概念及其初步应用

地下工程数字化是是数字地球发展战略的一部分，是当前地下工程研究中的一个重要研究方向。在总结三维GIS、数字地层、三维地层可视化、地下工程虚拟现实系统等相关概念及研究的基础上，给出地下工程数字化的明确定义，即地下工程数字化就是以数字地层为依托，以信息化手段对地下工程建设过程中的勘察、设计、施工、监测等数据进行集中高效地管理，为地下工程的建设、管理、运营、维护与防灾提供信息共享和分析平台，最终实现一个地下工程全生命周期的数字化博物馆。地下工程数字化平台的系统体系应当由数据层、建模层、表现层、分析层、应用层等5个层次组成，并且应当采用组件式的软件开发方法进行开发。最后给出地下工程数字化在实际工程中的初步应用实例，并对地下工程数字化的进一步研究和发展进行探讨。     

南京地铁明故宫站人工挖孔桩施工变形监测

南京地铁2号线明故宫站处于淤泥质富水地层,其主体围护结构采用人工挖孔灌注咬合桩.人工挖孔桩在富水复杂地层中施工时,易发生塌孔、流砂、涌泥等现象.结合地质情况,进行了两根挖孔桩的试桩施工.施工中通过采取布置降水井、短进尺开挖、强支护等措施,保证了开挖的顺利进行.由周围建筑物和地面沉降的观测数据分析可知,挖孔桩在此类地层中施工对周围环境影响较大,且沉降主要由大量抽取地下水引起.     

永寿梁地区侏罗纪地层的划分

结合工程地质及铁路工程的要求,进行了较为系统的地层调查工作,通过钻探对比分析,对侏罗纪地层进行了粗浅的划分,以期对永寿梁越岭长隧道C9K方案通过侏罗系地层的围岩基本分级提供较充分的划分依据。     

上行开采层间岩层移动规律数值模拟实验研究

采用FLAC3D有限差分法分析软件模拟了白家庄煤矿上行开采的过程,通过改变层间岩层组合情况形成不同的数值模拟模型,计算分析上行开采前后层间岩层应力变化规律,在此基础上,进一步研究下、上煤层开采前后层间岩层的移动变形规律,最后通过层间岩层的力学关系及移动变形情况分析不同模型上行开采的可行性,与传统上行开采可行性理论判定结果及生产实际一致。     

长壁采场覆岩空间结构探讨

基于微地震定位监测技术监测岩休在三维空间破裂的成果，以及多种边界条件工作面岩层运动和应力场的观测结果，提出长壁采场覆岩空间结构的概念，并根据采场的边界条件．将覆岩空间结构分为中间育支撑的“e”型、中间无支撑的“O”型、“S”型和“C”型4类。基于观测实例，阐述微地震定位监测技术用于监测窄间结构的形成过程和范围、采空区边缘煤体内应力计用于反演综采放顶煤采场中间无支撑空间结构内部的覆岩运动、“孤岛”煤体应力计用于判断中间有支撑空间结构煤柱变形方式等多种观测方法及这些方法在覆岩空间结构研究中的综合应用途径。最后，展望覆岩空间结构学术观点及其研究方法在采矿工程中的应用前景。