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ArcObjects组件与Microsoft.NET框架的营口某铁矿开采沉陷预计系统

为有效提高矿山开采沉陷预计精度和效率,将ArcObjects二次开发平台和Microsoft.NET框架技术相结合,开发了矿山开采沉陷可视化预计系统。该系统包括开采沉陷预计与可视化2个模块,开采沉陷预计模块基于概率积分法实现对矿区沉陷数据的计算分析,可视化模块集数据录入、参数运算、成果输出和沉陷预计可视化等功能于一体。以辽宁营口某铁矿K203开采工作面为例,分析了矿区地质条件以及开采沉陷现状,采用该系统计算了概率积分法参数并进行了沉陷预计分析,并与地表沉陷观测数据进行了对比分析。研究表明:工作面上覆岩体不均一风化深度和NNW向缓倾角不利结构面组合是导致矿区发生沉陷的主要地质因素;开采区存在应力应变集中现象,水平向位移小于100 mm,垂直向位移变化较大,矿区沉陷具有阶段性增速到减缓的变化特征,与实际监测结果吻合性较好,表明该系统对于矿区开采沉陷预计分析具有一定的适用性。     

基于MATLAB的开采沉陷预计实验教学系统

虚拟仿真教学系统是开采沉陷学教学的重要辅助手段,尤其是开采沉陷预计、岩层移动及控制等抽象、复杂的知识点教学。本文以MATLAB为开发平台,设计并实现了开采沉陷预计实验教学系统。系统采用GUIDE制作图形用户界面,实现了对开采沉陷预计主要教学内容的动态仿真。系统界面友好,操作简便,将其用于辅助课堂教学,有助于加深学生对开采沉陷预计内容的理解,同时能够激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效果。     

矿山开采沉陷预计与分析

针对现有开采沉陷预计方面存在的问题,在前人研究的基础上,利用VB编程语言,借鉴和吸收了不同系统开发的方法和优势,将观测站数据处理与绘图、概率积分参数反演、地表沉陷预计、地表沉陷预计数据后处理等功能进行集成加工,开发了矿山开采沉陷预计和分析系统。系统各功能连接紧密,实现了利用原始观测站数据对地表沉陷盆地进行定量预计与分析,提高了煤矿开采地表沉陷预计结果的效率和可靠性。     

基于ArcGIS的开采沉陷预计分析可视化方法

矿山开采引起的地表移动是一个复杂的动态过程,传统的二维线划图不能全面、准确地表达地表的沉陷信息。基于ArcGIS地统计分析模块对开采沉陷中概率积分法的预计结果进行了分析和处理,实现了开采沉陷的三维立体显示及剖面图的生成,有助于更加直观和深入地研究地表移动情况,为研究开采沉陷规律和提高开采沉陷损害防治技术提供了更加直观有效的技术方法。     

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。     

基于GIS的开采沉陷预计分析系统

基于GIS的基本原理进行开采沉陷预计分析系统的开发、设计。分析了数据管理、参数计算、移动变形预计、变形曲线、等值线与三维图的绘制及预计分析等系统主要模块的功能和特色。实现了对大量开采沉陷观测数据与图形的统一管理及地表移动变形预计分析的自动化处理和结果的可视化输出。     

自然崩落法放矿的地表沉陷预计研究

利用自然崩落法放出矿柱与开采工作面的相似性,建立自然崩落法放矿的地表沉陷预计物理模型,将物理模型与放矿计划相结合,把计划周期内放出矿柱视为开采沉陷预计中的条带状工作面,将多漏斗放矿下的地表沉陷预计转化为条带状工作面开采的地表沉陷预计,使用概率积分法进行地表沉陷预计。设计地表沉陷预计数据结构和预计流程,并在数字矿山软件平台上用C⁺⁺编程语言予以实现。实践表明:该方法方便地实现了自然崩落法多漏斗放矿下的地表沉陷预计。     

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。     

开采沉陷若干理论与技术问题研究

简要介绍了多年来中国矿业大学北京校区在开采沉陷理论与技术方面的主要研究成果：矿区地表移动规律；巨厚松散层条件下开采地表移动规律；块段开采条件下覆岩移动机理及地表移动变形计算；极不充分开采地表移动变形预计方法；基于倾角变化的开采沉陷模型研究；曲面分布形式煤层开采地表移动预计方法；覆岩离层注浆减缓地表沉降机理及减沉效果评价方法。开采沉陷预测分析系统的开发研究等。     

构造应力和节理耦合对采煤沉陷的控制作用分析

为了提高采煤沉陷设计计算的精确性,掌握构造应力和节理耦合对采煤沉陷的控制作用,采用FLAC有限差分程序建立数值模拟模型,分析不同构造应力和不同节理条件下对采煤沉陷的影响,为采煤沉陷预防提供一种有效的设计分析手段。     

长壁综采矸石与粉煤灰充填技术及地表沉陷分析

固体充填开采能够有效兼顾煤炭开采经济效益与环境效益,是一种较好的绿色开采技术,在国内获得初步应用,但实测资料较少。介绍邢台煤矿7606工作面长壁综采矸石与粉煤灰充填采煤工艺,并结合观测站实测资料和FLAC3D数值模拟手段,研究固体充填开采在减少地面下沉中的作用,并研究不同充填率和充填体不同弹性模量条件下地表下沉规律。通过观测站实测结果分析,固体充填开采在减少地面下沉方面效果明显。通过数值模拟分析,随着充填率由100%逐渐减少,地表下沉最大值则逐渐增加,充填率对地表下沉的影响很大。随着充填体弹性模量从0.24GPa增大到24GPa,地表最大下沉值迅速减小,但当充填体弹性模量增大到4GPa以后,地表移动变形值的变化不很明显。     

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     

铜录山矿帷幕注浆堵水技术

铜录山铜矿是露天与地下联合开采的大型铜矿。由于开采期间排水疏干引起地表大面积塌陷,大量地表水灌入井下,严重威胁井下生产安全。为此决定采用帷幕注浆方法以截流地下水和防止地面塌陷。帷幕注浆工程在可行性研究的基础上进行的,历时4年半。工程完工后对注浆效果进行了评价,结果表明,堵水效果达62％,减少了井下及露天坑的排水量;幕内外出现明显水位差(38m左右),幕外水位回升,控制了地面的塌陷。给矿山创造经济效益4000万元左右。     

无人机航测技术在矿区开采沉陷变形监测中的应用

为了更好地监测矿区开采沉陷变形情况,提出一种基于无人机航测技术的矿区开采沉陷变形监测方法。优先标定相机,输入无人机畸变参数,降低相机畸变误差。通过无人机航测技术获取矿区影像数据,采用UASMaster软件对点云数据预处理。将倾斜航拍方案引入沉陷区,获取矿区地面无人机倾斜数据;采用矿区经验参数以及实际观测数据预测沉陷盆地,最终达到矿区开采沉陷变形监测的目的。仿真实验结果表明,所提方法可以获取高精度的矿区开采沉陷变形监测结果。     

厚松散层薄基岩条带法开采采留尺度研究

基于建筑物下条带法开采的地表变形观测，结合数值模拟方法，研究了厚松散层薄基岩条件下，条带法开采不同采留尺度的地表沉陷规律.研究表明，按一般条带法设计进行的地表沉陷预测下沉系数较实际偏小；且相同条带采出宽度时基岩厚度小，地表下沉值增大；相同基岩厚度时条带采出宽度小，地表下沉值也小；基岩厚度较小时，地表下沉值随条带采宽增大时增加较大；进行条带开采采留尺度设计时，除了按一般情况下的设计原则考虑外，还应考虑基岩的厚度，使得开采后支托层在基岩内形成，以保证条带开采控制地表沉陷的意义.     

基于GIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统开发

为了防治采煤引起的地表沉陷灾害,以概率积分法为计算原理,以VC6.0为开发平台,开发了计算程序CX2007,并进行了系统验证。以CX2007软件生成的DXF文件作为数据交换文件,与地理信息系统软件ARCGIS结合,利用ARCGIS的拓扑分析、信息处理功能,开发了基于ARCGIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统。利用仿真系统分析了2个工程实例,第1个实例是通过对辽宁某矿工作面开采引起的地表沉陷灾害进行仿真计算,为政府补偿提供依据;第2个实例仿真分析了地下煤炭开采对高速公路的影响,确定了保护煤柱宽度。研究表明,新开发的系统能为采煤沉陷灾害防治提供帮助。     

单一采区工作面不同开采顺序地表沉陷模拟与复垦对策分析

煤炭地下开采导致地面沉陷问题的出现,我国煤炭地下开采多以长臂开采,垮落式管理顶板的方式进行,地面土地损伤严重。地下工作面在不同开采顺序下虽然最终的沉陷形态一致,但是地面沉陷的过程及规律有所不同。对于井工煤矿边采边复而言,由于要在沉陷过程中采取复垦措施,因而对其动态沉陷过程进行模拟与分析很有必要。本文采用室内模拟方法,对单一采区的7个规则工作面在5种不同开采顺序下的地面沉陷过程与规律进行了分析,就5种开采顺序下的地面沉陷特征及复垦利弊进行了讨论。在此基础上,拓展分析总结得出了3类地质条件下的地下开采-地面复垦的耦合方案。     

应用GIS技术对采煤塌陷区综合管理

为了保证采煤塌陷区生态环境、区域经济的可持续发展,基于对采煤塌陷区塌陷地综合管理的重要性,在介绍我国现阶段采煤塌陷现状的基础上,分析了采煤塌陷带来的危害及对塌陷治理工作的不足.并结合实例应用GIS新技术中的ARCGIS软件建立塌陷区管理平台,利用塌陷区图纸资料及土壤质量等数据建立了完善的空间及属性数据库,并应用ARCGIS软件强大的功能来实现塌陷区空间数据和属性数据的连接,以方便实现对塌陷区数据随时更新,对塌陷区土壤等属性信息随时查询、随时管理.结果表明:应用GIS新技术平台中强大的输入输出功能、检索功能、分析功能等来实现对塌陷区土壤、塌陷区地质、塌陷区复垦等信息的分析和管理.