影响地表动态移动和变形的因素

以Knothe模型的函数为基础,对不同推进速度和不同时间影响系数下动态地表移动和变形进行研究.结果证明:提高开采速度有利于减小地表采动损害;时间影响系数c较小时,下沉迟缓,最大动态变形值较小,随着c的增大,地表动态变形值增大.     

基于时间函数的高寒矿区地表动态下沉规律研究

高寒地区因为其冻土的特殊性质导致其经历开采后随着季节变化易导致上覆岩层破坏,因此,为准确预测高寒地区矿区上覆岩层的动态沉降的发展趋势,本文选取高寒矿区地表富水区作为研究对象,基于Weibull时间函数与分段函数的思路,结合矿区地表InSAR监测数据建立高寒矿区地表动态沉降模型,讨论了该函数模型的适用性。结果表明:高寒矿区冻胀地表沉降的三个阶段沉降量与时间的关系曲线与Weibull时间函数模型对应曲线相符;对Weibull时间函数的双参数取值进行探讨并优化,最终确定当初始、加速阶段的λ取值2.5,η取值0.068,稳定阶段λ取值2.3,η取值0.048时误差处于限差范围内,能较为准确地模拟预测地表的动态沉降过程,该研究可为高寒矿区的防灾减灾及治理工程提供参考。     

下沉速度法研究地表移动变形分布规律

在地质采矿条件变化不大时，从地表点的下沉速度出发，取随开采工作面一起移动的动坐标建立动坐标系，研究地表点下沉速度的分布规律，得到地表下沉速度分布曲线，并对地表点在整个下沉时间过程的速度曲线进行积分，得到动态地表主断面上的地表下沉分布公式，并在此基础上经过一系列转换，得到地表任意点下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形公式。公式简单，便于应用。     

小净距隧道洞口段地表下沉分段曲线拟合研究

针对基于最小二乘法的曲线拟合方法无法考虑小净距隧道先、后洞相互影响的施工特点,根据隧道先、后洞不同步开挖对洞口段地表下沉规律的影响,提出一种新的预测地表下沉的分段曲线拟合方法,并对隧道施工现场洞口段地表下沉量测数据进行分段曲线拟合分析。结果表明:采用分段曲线拟合法能较好反映地表下沉随先行洞与后行洞掌子面向前掘进的变形规律并可预测最终下沉量,避免了多项式函数无法预测最终下沉量以及指数与对数函数拟合精度偏低等问题;隧道先、后洞由不同步施工开挖引起的地表下沉量沉降槽曲线并不对称,最大地表下沉量偏向后行洞。     

地表沉陷动态时间函数研究

以概率积分法为基础,分析了地下开采引起的地表沉陷实际规律,首次构造、推导出比著名的Knothe时间函数更精确的动态时间函数,并基于动态时间函数建立了地表移动的动态过程计算方法,分析了动态时间函数的适用性和局限性,进行了实例验证.结果表明,地表沉陷动态时间函数能够更准确地反映地表移动动态特征,解释采动现象,更准确预计出动态地表移动与变形值.     

时间函数与地表动态移动变形规律

详细分析了单参数的Knothe时间函数、双参数的Sroka-Schober时间函数和Kowalski 广义时间函数的优缺点及其相互关系,建立了应用Knothe时间函数进行地表动态移动变形预计的原理、无实测资料矿井时间参数的确定方法和开采单元划分的周期来压步距法.通过对不同工作面推进速度和不同时间影响系数条件下地表动态移动变形规律研究,获得了工作面稳定推进过程中回采速度、时间影响系数与地表最大动、静态变形关系的计算公式.经过1176东工作面观测资料的检验,证明了研究结果的有效性和实用性.     

倾向主断面地表残余移动变形数学模型

目的研究走向长壁冒落式开采的老采区地表沉陷盆地倾向主断面残余移动变形.方法通过对倾向主断面覆岩冒落、断裂、离层、弯曲过程的机理分析,采用概率积分法、随机介质理论和等影响原理构造了倾向主断面地表残余移动变形的数学模型,并采用实际观测数据与预测数据对比、不同数学模型分析对比两种方式进行了数学模型的验证.结果缓倾斜煤层和大倾角煤层倾向主断面实际观测数据与预测模型计算的误差均在允许范围10%以内.得出倾向主断面地表残余下沉、倾向主断面地表残余倾斜变形、倾向主断面地表残余曲率变形、倾向主断面地表残余水平移动、倾向主断面地表残余水平变形数学模型.结论各数学模型不仅能够把矿区已有岩移参数转化为残余移动变形预测参数,而且可以定量描述倾斜煤层倾向主断面地表残余移动变形规律,可推广性强.     

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.     

开采引起的地表动态下沉分形增长规律

通过相似模拟实验研究开采引起的地表点下沉的动态变化规律,根据高精度的实测数据分析了地表点动态下沉曲线的统计分形特征.研究表明,地表动态下沉在一定的无标度区间符合自相似分形增长模式.同时,利用较少的测量数据实现了地表点动态下沉曲线的分形插值,在较高的精度范围内获得任意时刻地表点的动态下沉值,为揭示和预测地表下沉与变形的动态规律提供了新的途径.     

动态地表移动和变形预计方法

针对目前地下开采引起地表移动变形致使地表建筑物、构筑物及农田等遭受严重破坏的问题,以Knothe模型的函数为基础,探讨了时间影响系数的确定方法,建立了地下开采引起地表移动动态过程的计算模型,并采用阳泉二矿3201东工作面的实测岩移资料进行了验证.研究结果表明:该方法能够反映地表移动的动态特征,解释某些采动现象,对指导"三下"开采设计和选择地面建筑物保护措施具有较大的实用价值.     

三维物理模型模拟深部巨厚砾岩下综放开采地表移动

为了研究深部开采巨厚砾岩关键层对矿山地表移动变形的影响机理。以千秋煤矿为背景,采用三维物理模型试验,利用压力传感器、多点位移计、分布式光纤传感等多种手段监测了覆岩及地表移动变形动态演化过程,对采动巨厚砾岩与矿山地表移动变形的内在联系机理进行了研究。结果表明,分布式光纤可准确监测到关键层和地表的移动变形量,巨厚砾岩作为主关键层,控制着地表移动变形,并有效减缓了覆岩变形由下向上传递给地表,且由于煤层埋藏深度大,主关键层未破断,地表下沉量和变形值都较小;预测随着工作面继续推进,巨厚砾岩主关键层将会达到极限跨距而破断失稳,采场将发生强矿压动力显现现象,地表出现台阶性下沉,甚至会产生地表裂缝。     

采动地表动态沉陷的流变特性

大量的开采实践证明,采动上覆岩层的一定范围及地表的移动变形具有流变特性,这种特性是地表动态移动变形的主导因素。作者以Knothe理论为基础,通过Zero模型,建立覆岩移动变形的流变模型,分析地表动态移动变形特性,给出地表动态下沉盆地的移动变形预计理论及其参数。     

开采沉陷动态预计流变模型及应用

通过对采场覆岩移动变形规律进行研究，从流变力学角度，给出地表下沉时间位移函数，并结合实测资料对有关参数进行回归分析，运用推导公式与实测资料进行了结果对比，总结出符合大同矿区地表动态下沉经验公式。提出地表下沉推迟时间tr的概念，可作为划分开采沉陷剧烈程度的量化指标。     

联合InSAR和水准数据的矿区动态沉降规律分析

针对传统矿区动态沉降测量中特征点缺失导致沉降规律不可靠问题,提出基于新型合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,In SAR)与传统水准技术观测的矿区地表沉降值,使用Logistic时间函数和Levenberg-Marquard(LM)算法拟合分析矿区动态沉降规律以及其与地下开采的关系。研究结果表明:联合In SAR和水准测量沉降值拟合的动态沉降函数、加速度函数的均方差比仅利用水准的均方差分别提高89.0%和97.9%;Logistic时间函数能够较好地描述矿区地表单点的动态沉降过程,且各点的最大沉降速度和加速度极值发生时间与开采至该点的时间之间呈线性关系。     

山区地表移动观测数据处理模型

提出山区地表移动观测数据处理的新途径。将主断面和主滑方向的观测数据视为整体进行分析，通过对观测站原始数据的处理，建立了山区滑移影响函数和任意地表点移动变形的一般模式，并提出山区地表移动参数的求取途径，为山区地表移动规律的深入研究提供一定的理论基础。     

停采后覆岩及地表下沉率随时间变化实验分析

根据实验结果分析了开采停止后覆岩及地表下沉率随时间变化过程。下沉率随着开采面积的增大而增大,在采动过程中,从煤层顶板到地表的下沉率由大变小,当达到充分开采后,地表和岩层的下沉率基本趋近为一常数。根据下沉率随时间变化的特点,建立了其相应的函数形式,最后根据动态下沉率推导出动态下沉值的计算公式。     

沈阳地铁车站深基坑沉降变形特性

为揭示东北地区地铁车站深基坑沉降变形特性,以沈阳地铁下深沟车站深基坑工程为依托,采用理论分析和现场观测的方法,推导了适合沈阳地区深基坑的最大下沉点位置和最大下沉量的计算中关键参数地基土最大下沉角的公式及值,并得到基坑外地表沉降变形最大点位置和沉降量公式.研究结果表明,地基土最大下沉角的合理性和理论计算方法的可行性.研究结论初步突破了传统沉降变形预测的计算方法,有助于寻求沈阳乃至东北地区的地铁车站深基坑设计施工中沉降变形分析和预测的有效途径.     

基于无人机激光雷达技术的开采沉陷监测方法与参数反演

矿区开采沉陷监测与预测对于煤炭安全生产来说至关重要,目前煤矿地表沉陷监测的主流手段均有一定的局限性,存在精度与效率不能兼得的问题。利用无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle lidar, UAV LiDAR)技术可以实现矿区地表三维点云的快速获取,建立多期数字高程模型(digital elevation model, DEM),两期DEM相减即可得到沉陷盆地,具有高效高精的特点。对无人机激光雷达地表沉陷监测的原理流程和概率积分预计参数动态反演方法进行了分析讨论,以内蒙古唐家会煤矿为例,设计了无人机激光雷达飞行方案,采集了两期激光点云数据,并对实测数据进行了组合解算、融合、滤波,建立两期DEM,求取了观测时间段内的地表下沉盆地,并进行了全盆地动态反演,得到测区概率积分预计参数。结果表明：DEM精度分别为34 mm和37 mm;下沉盆地精度为50 mm,结果对于煤矿开采沉陷监测与预测来说是相对可靠的,为无人机激光雷达应用于地表监测提供了案例。     

地表下沉的分形特征及其预测

对煤矿开采中地表下沉所表现出来的分形特征以及用分形插值函数法来预测预报地表下沉进行了研究，通过与实测下沉量的比较分析表明，分形预测比传统插值方法更为精确，因此，对开采沉陷研究来说是一种很有实用价值的方法。     

神经网络方法在研究地表最大下沉速度中应用

准确确定地表最大下沉速度,对研究地表塌陷,保护地面建筑与设施是十分有益的事。但是传统的计算方法准确性比较差,可靠性比较低,因此就急需要一种能够比较准确计算预测地表最大下沉速度的方法。神经网络技术是一门20世纪80年代中期兴起且在近年迅速发展的前沿交叉学科。它是以模拟大脑的思维方式进行计算的,比较善于处理多因素、非线性问题,因此用神经网络技术对地表最大下沉速度进行计算预测有一定的研究价值。