M-CM-GA-BP算法的地表移动变形参数预测模型

针对复杂的开采沉陷预测问题,研究22个工作面采动地表移动变形参数变化规律,提出了一种基于M-CM-GA-BP算法求取地表移动变形参数的预测模型。通过线性加权组合预测方法和遗传算法优化BP神经网络的权值和阈值,融合多元回归模型来提高地表移动变形参数的求取精度,以地表下沉系数q为例,将该模型与其他预测模型预测性能进行对比分析,验证模型的准确性。结果表明,该模型能够有效地提高地表移动变形参数的预测精度,模型的平均相对误差为1.294、均方根误差为0.013,为地表移动变形参数预测提供了一种可行方法。

基于改进Knothe时间函数的地表动态移动变形预测模型研究

目的为进一步探究地表动态移动变形特征,加深认识矿山开采沉陷基本规律,更好地服务于矿山安全绿色生产,方法针对原Knothe时间函数模型表达地表下沉及其速度变化规律的缺陷,基于矿山开采过程中地表下沉盆地动态形成机理,分析时间函数参数c对地表下沉量、下沉速度和下沉加速度影响规律;以地表下沉速度达到最大值时刻,将地表动态移动变形分为两个阶段,进一步改进Knothe时间函数模型,在此基础上,建立地表动态下沉、倾斜、曲率移动变形预测模型,并以某矿2201开采工作面为例,进行地表动态移动变形预测和精度分析。结果结果表明:改进后的Knothe时间函数形态与矿山开采沉陷地表动态移动变形一致,可以较好地描述采动地表“稳定→变化→稳定”全过程动态演化特征;参数c是该函数模型的重要参数,与覆岩力学性质、开采条件和开采速度等地质采矿条件有关,对描述地表动态移动变形量较敏感,随着参数c增大,地表下沉量和下沉速度显著增大;运用改进的Knothe地表动态移动变形预测模型计算,得到的地表下沉量误差为厘米级精度,倾斜值误差在5 mm/m以内,曲率误差在0.7 mm/m2以内,其相对误差均在6.0%以内,预测结果与实测结果较吻合。结论提出的预测模型具有一定可靠性与实用性,可较准确分析地表动态移动变形全过程的规律,从而为“三下”采煤及保护煤柱留设提供参考。

基于地表沉陷实测数据的覆岩内部移动变形预计方法

覆岩内部移动变形实测数据少、预计难度大、可靠性低。基于几何相似特征构建了依据地表沉陷实测数据预计覆岩内部移动变形的方法,该方法考虑了煤矿开采后覆岩移动变形导致的膨胀压缩。研究表明:预计离地表较近覆岩内部的移动变形时,可以不考虑覆岩的膨胀压缩,而预计离开采煤层较近覆岩内部的移动变形时,需要考虑覆岩的膨胀压缩;在开采边界附近,预计覆岩内部的移动变形可以不考虑膨胀压缩,而在开采中心附近则需要考虑膨胀压缩。研究结果有助于煤矿绿色安全开采。

改进的可移动变形组件拓扑优化方法

针对经典可移动变形组件法的优化结果易受组件初始化影响的不足,设计了基于双循环机制的改进的MMC算法,内循环基于可移动变形组件法,实现快速寻优;外循环基于组件贡献率设计俄罗斯轮盘赌算法,然后选择、删除和替换部分组件,最终将重新构造的结构引入内循环再次寻优。MBB梁和短悬臂梁的优化算例表明,相比于经典MMC算法,改进的MMC方法虽然运算成本明显增加,却较好地克服了组件初始化对寻优结果的影响,并获得了更佳的优化效果。

大倾角煤层协调开采地表移动变形控制

为实现大倾角(倾斜)煤层间协调开采地表减损的目的,以甘肃某矿煤层赋存条件为背景,采用UDEC数值模拟软件,对大倾角(倾斜)煤层间协调开采地表移动变形控制问题进行了探究。结果表明:大倾角(倾斜)煤层开采时,埋深浅的工作面对地表的破坏更严重;随工作面埋深的增大,对地表的影响程度逐步减弱;多煤层开采时,使埋深浅的工作面对应地表不移动或少移动,使煤柱影响范围内的地表进一步下沉,减小地表下沉、移动变形的不均匀变形程度,防止地表出现大的采动裂缝,是煤层间协调开采地表减损的核心问题;地表移动的均匀性、地表张拉程度、地表变形程度可以通过变异系数、张拉区水平移动斜率、地表水平,倾斜,曲率变形分别进行表征;该地质采矿条件下地表移动变形控制的工作面最优错距为80 m,1煤的遗留煤柱距4煤工作面上山边界水平距离约71.9 m,距下山边界39.9 m。

山西三元煤业4302工作面开采地表移动变形规律研究

留设安全煤柱是为了保护建筑物、主要井巷和地面生态环境。分析了三元煤业开采的地质条件,并选取了有代表性、周边无采空区的四采区4302工作面,建立了地表移动观测站,通过现场实测和计算获取了综采放顶煤开采条件下地表的移动变形规律及各种移动变形角的参数,其移动与变形曲线基本符合开采沉陷的移动与变形曲线基本形态,最大下沉的开始阶段为27 d,活跃期为210 d,衰退阶段因受邻近工作面开采影响,地表沉陷变形主要集中在沉降活跃期。

砂黄土区路基下采空区地表移动变形规律研究

中国砂黄土地区下伏大量采空区,极大地限制了砂黄土地区公路建设的发展。对于砂黄土地区路基下伏采空区的评价显得尤为重要。根据砂黄土地区公路下伏采空区的特点,基于FLAC^(3D)软件,选择合理参数建立路基下伏采空区模型。在砂黄土力学特性分析基础上,总结了路基下伏采空区地表移动变形参数的规律,进行地表移动变形区域辨识,并标识出砂黄土地区地表最危险区域的范围,为采空区公路选线和治理提供重要参考依据。

厚松散层下开采覆岩及地表移动变形规律试验研究

煤炭开采保障了中国能源供应,同时也因采空造成了地表变形沉降。针对厚松散层下开采覆岩及地表移动变形问题,依托兖州矿区某煤矿地质背景,采用模型试验,监测研究了采动过程中地表及各层覆岩移动变形指标的变化规律,探索了采掘结束后的持续变形阶段。结果表明:受采动影响厚松散层压缩导致的移动变形值在整体移动变形上占比增大;在煤层采厚2.2 m条件下,观测获得采后地表的最大下沉值为1447.6 mm,最大水平移动值为394.6 mm。研究成果对矿区工程建设用地及线路规划选址具有一定的实用意义。

厚松散层重复开采工作面地表移动变形特征研究

为了研究厚松散层矿区重复采动条件下地表变形规律,以淮南某矿区14148重复采动工作面为工程背景,通过分析现场实测数据,得到了不同水平及同一水平协同影响下重复开采地表变形规律;为研究重复采动特殊地表移动变形规律,进行了数值模拟研究。结果表明,厚松散层重复采动条件下地表下沉及地表水平移动加剧,上山角量参数减小、下山角量参数增大,地表下沉系数、主要影响角正切变大,同一水平采空区方向移动变形加剧;通过数值模拟发现,不同水平的重复采动会少量增大地表移动变形,但邻近17278工作面开采造成的开采充分性增强是14148重复开采工作面特殊地表移动变形特征的主要原因。

450m超长工作面矿压显现与地表移动变形规律研究

基于国内首个年产千万吨450m超长智能化开采工作面,采用实测手段全面分析了其矿压显现和地表移动变形规律,结果表明:450m超长工作面初次来压步距平均为77.1m,周期来压步距主要分布在5~15m,平均为11.4m;超长工作面周期来压步距小、来压频繁、持续时间短,且工作面沿倾向不同步来压;来压期间,支架工作阻力在工作面中部两侧形成两个高阻力区,沿倾向方向呈现“马鞍”形的双峰状分布特征;450m超长工作面支架工作阻力主要分布在8000~14000kN中等阻力区间,呈现正态分布特征,支架适应性良好。在超长工作面强采动影响下,地表沉降具有影响范围大、下沉速度快等特点,工作面临空侧地表移动范围和沉降幅度均显著大于实体煤侧,地表呈现不对称沉降现象。研究成果可为我国同类超长工作面的顶板管理和开采设计提供借鉴。

采动区公路枢纽站的地表残余移动变形分析

针对大型公路枢纽站受采动残余移动变形的损害问题,将岩体视为非连续随机介质,基于朱广轶采动全盆地残余移动变形数学模型和ZMS2023软件,以区域受地表水影响的鹤岗南翔公路枢纽站受老采区地表残余移动变形影响为实体,进行了公路枢纽站的地基稳定性评价,含地表残余下沉、残余水平移动、残余倾斜变形、残余曲率变形、残余水平变形。通过其地表的损害等级评价得到结论:在规范视为地表的“稳定区”,除存在残余移动变形外,在岩体浅部工作面四周仍可能出现漏斗型塌陷坑。为此,对该项目采取了地基加固、可调整的抗采动变形建筑物和抗采动变形建筑物3种综合措施;在公路枢纽站的结构设计上采取了建筑规划措施、刚性措施、柔性措施。实践证明,对于复杂地质条件下老采区地表公路枢纽站的残余移动变形分析是适宜的。

陕北风积沙区超长工作面地表移动变形特征研究

为研究风沙地貌超长工作面开采地表移动变形影响,对陕北柠条塔矿S12002工作面进行长期、系统的地表变形监测,研究结果表明:陕北风积沙区超长工作面地表变形具有下沉响应快、边界下沉收敛迅速、地表下沉呈非连续性震荡波动、地表开切眼处损伤严重等特点,其中最大下沉系数0.59,最大下沉量2442.4 mm,最大水平移动值832.3 mm,最大下沉速度354 mm/d,活跃期下沉量占总下沉量96%,该地区具有明显的高强度开采损害特征;下沉系数与工作面地质采矿条件参数存在一定相关性,研究成果丰富了西部风积沙区超长工作面地表变形特征研究数据。

陕北黄土沟壑地貌地表移动变形特征研究

为研究黄河流域中游陕北矿区湿陷型黄土沟壑地貌高强度开采地表移动变形特征,对柠条塔矿黄土沟壑区N1212工作面开展系统的地表沉陷监测,分析黄土沟壑地貌高强度开采条件下地表沉陷变形特征,确定地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角,地表移动时间和动态地表移动参数。研究结果表明:陕北湿陷型黄土层高强度煤炭开采地表非连续变形破坏严重,黄土地表易受移动变形与地形条件复合影响,出现不均匀沉降,高强度开采条件下,地表移动变形发育剧烈,地表最大下沉量5255 mm,最大水平移动值2680 mm,最大下沉速度为187.4 mm/d,单一煤层开采最大下沉系数为0.63,斜交重复采动最大下沉系数为0.84,活跃期约55 d,期间下沉量占总下沉量97%,最大下沉速度滞后距为74 m,最大下沉速度滞后角67°。上述结果验证了浅埋煤层高强度开采时,地表下沉剧烈、活动周期短、重复采动时,地表下沉量与地质采矿因素成正比,沟谷地形高强度开采地表变形具有速度快、塌陷大、损害重的特征。

煤层开采影响下高压线塔移动变形规律研究

煤层开采将导致覆岩移动和地表变形,严重影响地表构筑物的安全稳定。为研究煤层开采对地面构筑物的影响,以赵庄二号井工作面开采为例,通过现场实测和理论分析方法对采空区上方高压线塔移动变形情况进行系统研究。基于概率积分法对高压线塔移动变形预测结果得出,位于采空区沉陷盆地中心的高压线塔受煤层开采影响较为严重,远离盆地中心影响则逐渐减小。高压线塔预测下沉值与现场实测值基本一致,由于地表不连续变形以及高压线塔特殊结构的特点,高压线塔受到地表倾斜变形影响出现基础受力不均匀,导致高压线塔倾斜变形加剧且与现场实测值相对较大。研究结果可为煤层开采导致地表构筑物变形防治提供科学指导和借鉴经验。

人工湖下连采连充煤炭开采地表移动变形预测研究

为研究人工湖下煤炭连采连充开采后的地表移动变形规律,对连采连充工作面进行了室内力学试验和现场取芯力学试验,验证充填体的可行性;基于等价采高概率积分法,对连采连充工作面进行地表沉陷预测;通过数值模拟计算,分析导水裂缝带发育高度,并与概率积分法结果进行对比。结果表明:充填体的强度5.063 MPa超过设计强度2.0 MPa,能够确保矿井的安全开采;连采连充工作面开采后,地表倾斜值极值0.3 mm/m,地表水平变形极值-0.2 mm/m,小于砖混结构建筑I级损坏范围,周围地表沉陷平缓,无安全隐患;导水裂缝带发育高度约49.7 m,距离隔水层约160.3 m,水下采煤安全,FLAC^(3D)数值模拟和概率积分法结果比较接近,验证连采连充技术可有效减缓地表移动变形。

下伏煤岩体移动变形规律数值模拟研究

为探究保护层开采后应力和煤层变形量分布规律,通过FLAC^(3D)数值模拟软件,以正在进行开采工作的保德煤矿8#煤层群为研究对象,分别对8#煤开采过程中走向和倾向的煤层变形量以及应力场的演化规律进行分析。研究结果表明:随着工作面的推进,工作面四周煤岩体应力集中越来越明显,下伏煤岩体的卸压效果也越来越显著,而且煤层走向和倾向上的应力集中均主要表现在z方向,对水平应力的影响较小;当工作面回采距离增加时,下伏煤层的走向相对变形量由倒V形分布变为M形分布,倾向相对变形量由倒U形分布变为M形分布。

上分层充填开采地表移动变形规律数值模拟研究

充填开采技术是解决“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤开采问题的主要技术途径之一。为了探索上分层充填开采地表移动变形规律,以郭家滩煤矿2-2煤层为例,采用FLAC3D软件,构建数值模拟模型,对2-2煤层充填开采地表移动变形规律进行模拟分析。研究发现,相比于垮落法而言,充填开采各地表移动变形量均相对较小,从而大大减弱了对地表建筑物等的影响,能够有效保证地表建筑物的安全。

建筑荷载位置对老采空区地表移动变形的影响

老采空区地表新建建筑物时可能造成地表下沉,威胁建筑物稳定性。针对此问题,通过数值模拟研究了建筑荷载位置对老采空区地表下沉的影响。结果表明:老采空区覆岩稳定后达到充分采动,地表最大下沉位置位于模型中心处,最大下沉值约为1310 mm,地表最大水平移动值约为200 mm;不同建筑物高度下,地表最大下沉和最大水平移动值均位于侧向裂隙区。当建筑物高度、作用范围一定时,地表移动变形量取决于覆岩内部不稳定结构数量及分布形态。

山区开采地表动态移动变形规律

我国约有1/3的煤矿位于山区,开采造成的山区地表移动变形与平原地区有较大区别。为探究山区开采地表移动变形的时空特征,揭示山区开采地表动态移动变形规律,首先通过分析山区地表移动变形特征,确定了山区开采滑移影响函数,并应用叠加原理构建了顾及山区地形与平原因素的山区地表移动变形预计模型;然后结合Knothe时间函数,推导了山区开采地表动态移动变形预计公式;最后分析了正坡、反坡2种模型的地表动态移动变形规律。采用山西某矿的现场实测数据对山区地表移动变形预计模型进行了验证,取得了较好的一致性。山区开采地表动态移动变形规律的分析,为最大限度确保矿区地表建(构)筑物免于地表动态移动变形破坏提供了技术依据。

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.