煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷预计

为对煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷进行预计,运用"等价采高"的概念,建立了充填开采等价采高模型,得出了充填开采地表沉陷最大值计算公式;采用FLAC3D数值模拟软件对充填开采地表沉陷情况进行模拟,应用数学回归分析数值计算结果探究了充填开采地表下沉系数和等价采高的关系,最终确定高浓度胶结充填开采地表下沉系数与等价采高近似成数学常数的指数函数关系;结合现场工程实践,计算得出在特定条件下新阳矿充填开采地表下沉系数为0.11,地表沉陷预计最大值为72.6 mm,与其他采用充填开采技术工作面的地表沉陷实测结果基本一致.     

煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷预计

为对煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷进行预计,运用"等价采高"的概念,建立充填开采等价采高模型,得出了充填开采地表沉陷最大值计算公式;采用FLAC3D数值模拟软件对充填开采地表沉陷情况进行模拟,应用数学回归分析数值计算结果探究了充填开采地表下沉系数和等价采高的关系,最终确定高浓度胶结充填开采地表下沉系数与等价采高近似成数学常数e的指数函数关系;结合现场工程实践,计算得出在特定条件下新阳矿充填开采地表下沉系数为0.11,地表沉陷预计最大值为72.6 mm,与其他采用充填开采技术工作面的地表沉陷实测结果基本一致.     

利用神经网络预测开采引起地表沉陷

本文将人工智能中的神经元网络理论引入开采沉陷学领域．用以预测矿山开采引起的岩层与地表移动．利用神经网络对已知样本进行学习．初步探索出一条新的用来预测矿山开采沉陷的理论方法。     

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.     

基于VTK的地下矿开采沉陷预计研究与实现

为对地表沉陷进行方便准确的预计,以大型可视化工具包VTK为开发平台,对VTK过滤器进行扩展,将开采沉陷预计算法写入VTK过滤器,实现地下矿开采沉陷预计及三维可视化.首先设计vtk Conforming Delaunay2D类,实现相容Delaunay三角化,得到高质量的地表模型;再根据沉陷预计模型,设计开采沉陷预计过滤器vtk Subsidence Filter,实现沉陷计算;然后基于VTK实现属性提取和后处理,进而实现沉陷地表的动态更新;最后建立VTK流水管线,将结果三维可视化.该方法突破了以往VTK主要用于三维可视化的局限,通过扩展VTK过滤器,拓宽了其专业应用.研究成果可用于地下煤矿与金属矿开采沉陷预计、开采沉陷的土地资源管理与复垦以及自然崩落法放矿的矿岩接触面模拟.     

充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论及应用研究

充填开采是解决煤矿开采造成的环境问题,控制地表沉陷的有效技术途径之一.通过分析地表沉陷的形成过程及控制机理,提出了充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论,推导出了地表沉陷盆地体积计算公式.依据该理论进一步提出了控制地表沉陷的技术途径,包括提高采空区的充填率、提高充填料浆及充填体的物理力学性能及增大上覆岩层滞留空隙体积等.工程实践表明,充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论在煤矿膏体充填开采实践中得到了成功应用.     

2004—2013年开采沉陷类国家自然科学基金项目分析

回顾了国家自然科学基金委2004—2013资助开采沉陷类项目的基本情况,分析了开采沉陷领域面临的主要科学问题。开采沉陷类基金资助项目的主要研究内容为开采沉陷机理、开采沉陷与地表变形规律、开采沉陷预测模型和方法、地表移动变形监测技术、开采沉陷控制、采动地层地基稳定性、开采沉陷对地表构(建)筑物的影响及安全防护,尤其集中在开采沉陷机理、预测和控制三个方面。     

构造应力型开采地表沉陷规律及其工程处理方法

分析了构造应力型开采地表沉陷宏观破坏特征,揭示了构造应力型开采卸载地表沉陷的力学本质,建立了构造应力型开挖地表沉陷的力学模型,指出现有的自重应力型地表沉陷规律的理论方法不适用于构造应力型地表沉陷规律的研究;引入概化地应力概念,导出了构造应力作用下地表变形的预计公式体系.从工程应用出发,提出了综合考虑自重应力与概化地应力2种效果迭加来研究构造应力型地表沉陷规律的方法,并建立了相应的研究步骤与程式.     

顾及矿区地貌特征的开采沉陷三维可视化实现方法

针对已有开采沉陷三维可视化方法中不能考虑矿区地貌特征的不足,通过在开采沉陷预计程序中增加高程修正计算功能,对矿区地表高程进行下沉修正计算,并借助Surfer实现了顾及矿区地貌特征的开采沉陷三维可视化。该方法操作和实现简单,实现了对矿区地表塌陷后真实状况的三维可视化预计。实例应用表明,相比已有开采沉陷三维可视化方法,利用该方法生成的三维表面,更能够形象直观地表现矿区地表塌陷后的移动和变形状况,为方便进行开采沉陷防灾减灾工程的设计提供了依据。     

地下开采引起地表沉陷的数值模拟

近年来,因地下开采活动造成岩层和地表沉陷的问题越来越严重,这个问题也引起地下工程师的高度关注,因此,为了实现矿山的安全开采,在开采前一定要对影响地下岩层和地表沉陷的因素进行分析和研究。下面本文将以某矿山开采为研究对象,采用数值模拟的方式,并利用FIAC软件,对该矿山开采中引起岩层以及地表沉陷数值建立研究模型,然后对其结果进行分析,最后总结地下开采引起的岩层和地表沉陷的规律,提出科学避免地表沉陷的开采方法。     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.     

基于概率积分法的地面沉陷灾害预测

为了解决采矿引起的地表沉降与塌陷的破坏程度以及对地表用地的影响问题,结合采煤引起的开采沉陷研究理论,应用概率积分法,建立基本数学模型,选取合理的计算参数,模拟出了2006—2014年地面沉降变形曲线。结果表明:由于概率积分法是通过随机介质理论,从统计观点出发,把整个开采区域分解为无限个微小单元的开采,因此概率积分法能够准确的计算出地下采矿与地面沉降之间的相互关系,对于未来进行灾害预测具有重要的意义。实践表明这种算法具有很好的使用价值。     

东北煤矿区地表下沉系数规律研究

以东北煤矿区现场所获得的大量实测资料为依据，分析研究了地表下沉系数与覆岩岩性、开采深度、采动性质、采煤方法及顶板管理方法等影响因素之间的变化规律，建立起了其统计关系，并对参数的置信区间进行了估算。所得结果对矿区地表移动与变形预测参数的选取具有重要参考价值。     

煤层开采地表沉陷监测及预测技术现状及发展趋势

煤矿开采地表沉陷监测及预测对于煤矿地表治理及环境保护具有重要意义。详细阐述了煤矿地表沉陷监测及预测方法,并对其监测及预测过程进行了较为详细的论述与分析。指出地表沉陷监测及预测存在的问题,针对存在的问题,提出了未来基于互联网+技术以及CCD和GPS组合传感器技术,对矿区监测数据进行实时监测并进行数据处理,对处理后的数据实时传送到数据中心,数据中心根据监测结果实时调整监测区域达到最优监测效果;未来地表沉陷预测发展应考虑开采地质条件、开采工艺、开采深度、开采厚度等因素对于地表沉陷的影响,在预测的过程中确定因素的影响程度,合理选择预测方法,提高预测精度。     

高速公路下伏多层采空区地表沉陷的预计评价方法

介绍多层采空区地表沉陷预计的概率积分法，采用闭合矩形分块段积分模型，可以适应采深，采厚、煤层倾角和开采形状的变化以及复杂多个走向采空区的情况，提高程序的通用性和预计评价精度，通过计算单元的坐标变换可以方便地预计倾斜煤层地表沉降的影响，改变传统的上山下山方法，实例计算结果表明，水平变形，地表斜率和曲率沿公路轴向和横向变化均较大，远远超过允许值，该采空区必须进行处治。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

考虑断层影响的煤层开采沉陷三维有限元模拟

为了解决山东某煤矿的煤层开采对周边俱乐部沉降的影响问题,采用有限元分析的方法并建立不同开采方案的三维地质模型,同时考虑断层的影响,计算出煤层开采后俱乐部四角的地表下沉状况。研究结果表明:回采3101工作面时俱乐部地表下沉最大值达到382 mm,因此建议对俱乐部进行加固保护处理。该成果为研究最佳开采方案及周边俱乐部的保护提供重要依据,同时为浅埋煤层以及类似条件下中小矿山合理、安全、经济的开发提供了重要的参考依据。     

结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。     

非均匀条带开采煤柱稳定性及地表变形规律分析

采用理论分析及数值模拟相结合的方法,分析了非均匀煤柱条带开采中的煤柱稳定性及地表变形规律,并与常规均匀条带开采进行对比。结果表明:条带开采中,煤柱受力存在明显的不均匀性,最中间的煤柱受力最大,两侧煤柱受力较小,塑性区宽度也稍小于最中间煤柱。随着最中间煤柱宽度的增加,所受应力逐步降低,煤柱弹性承载区面积逐步增大,煤柱的稳定性增加。从系统论的观点出发,要提高整个煤柱系统的稳定性,可以提高最容易发生失稳破坏的最中间煤柱的稳定性。同时,地表沉陷值从480mm减少为420,400mm,煤柱的冲击倾向性也降低。因此,非均匀煤柱条带开采有利于提高煤柱承载系统的稳定性,减少地表沉陷及冲击地压的发生。     

基于元胞自动机模型的开采沉陷模拟

 开采沉陷模拟对矿区的环境治理和生态恢复具有重要意义.本文将开采沉陷理论与地理元胞自动机相结合,基于GIS平台,以VS2010为开发工具,利用面向对象的方法,构建了开采沉陷元胞空间,探讨了开采沉陷元胞自动机模型的框架结构及实现方法,构建了开采沉陷模拟对象关系图,建立了开采沉陷元胞自动机演化模型.以山西某煤矿为例,开发了开采沉陷元胞自动机原型系统,根据研究区的煤层条件和开发方法,进行了模拟实验,分析未来开采沉陷的演变过程,为土地复垦和生态修复提供依据.结果表明,采用面向对象的方法能够较好地进行开采沉陷系统分析和开发,基于GIS和CA进行开采沉陷模拟,开发方便,系统兼容性好,能够展示更多的时空信息,便于数据管理.在空间划分上,CA模型能够与传统的预计方法有机融合,较为准确地预测未来的地表塌陷损毁情况,为塌陷区治理提供依据.由于开采沉陷涉及的学科较多,未来还需进一步完善演化模型,探讨三维空间下的系统演化过程,提高模拟的真实感和实用性.