采矿引起地表点动态下沉的分形增长规律研究

首次研究揭示了地表点动态下沉的分形增长规律。研究表明 ,地表点动态下沉曲线具有统计分形特征 ,符合大“z”型逐级镶嵌小“z”型的分形增长模式 ;研究实现了地表点动态下沉曲线分形插值 ,运用较少的实地下沉观测数据量 ,在一定精度范围内求得任一时刻的地表点下沉值 ,为地表点动态下沉和动态变形的认识和预测提供了新的途径 ,同时 ,通过地表动态下沉的分形增长规律来认识和揭示岩体内部移动和破坏的物理机制 ,对开采沉陷的深入研究具有重要理论价值。

采动覆岩动态下沉速度规律的相似模拟研究

根据实验结果分析了采动下沉速度变化的特点 ,提出了最大下沉速度值是开采面积的函数 ,并根据下沉速度曲线的特征 ,建立了在不同开采面积下某一层位的下沉速度函数形式 ,最后根据下沉速度与下沉值的关系推导出动态下沉值的计算公式。

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。

地表动态下沉过程实测分析与预测研究

通过对 1 1 76东工作面开采引起的地表下沉过程的实时监测与分析 ,获得了该地质采矿条件下地表动态下沉的规律和参数 ,经与实测资料对比吻合较好 ,可用于“三下”开采工作面优化设计。

矿山开采地表动态下沉预计

文中采用分段函数分别描述地表在开采阶段和停采后的动态下沉过程,建立了基于概率积分法的地表动态预计模型,为地表动态下沉预计提供计算方法。

基于采动充分性的地表动态下沉预计方法

井工开采及其对地表附属物的影响是一个动态过程,目前常用的采动影响预测多为静态结果,难以准确评价受护对象的影响程度,科学预测采动影响范围及程度对指导工程设计与受护对象防护具有重要的实际意义。在分析国内外动态预计方法的基础上,将现有动态预计方法依据其建立方法和思路分为时间函数法、速度函数法和下沉折减法3类,分析了这些方法的优势和局限性。分析了随开采充分性变化地表下沉速度的分布特征,通过对4个工作面近水平开采条件下地表移动的长时间观测与理论分析,提出了开采过程中地表最大下沉速度的计算公式,避免了因观测时间间隔差异引起测得地表下沉速度不准确的问题,分别建立了起动距、超前影响距、最大下沉速度滞后距与工作面推进速度的动态关系;提出了走向主断面包含开采充分性的地表下沉速度的分布函数和走向主断面动态下沉预计方法。采用建立的动态下沉预计方法,对神东补连塔矿地质开采条件下地表动态下沉进行了预计分析,并与主断面实测下沉数据进行了对比验证,结果表明,当工作面推进速度变化不大时,所用方法平均相对误差为2.1%,具有较好的预测精度;建立的动态下沉预计方法弥补了以往研究成果对开采初始阶段研究的不足,比建立在充分采动区单点移动全过程的预测模型更为可靠。

Knothe时间函数及其在地表动态下沉过程中的应用

基于时间函数预计地表动态移动变形逐渐发展成了一种趋势。为此,详细介绍了原始Knothe时间函数和3种改进的Knothe时间函数,并讨论了这3种Knothe时间函数在地表动态下沉过程中的应用,最后给出了具体实例,结果表明:原始Knothe时间函数和3种改进的Knothe时间函数都有较高的精度,具有实践指导意义。

开采速度与地表动态下沉速度及加速度的关系模型研究

基于改进的Knothe时间函数模型与概率积分法建立了在半无限开采条件下与开采速度有关的地表动态下沉预计模型,并利用Matlab软件绘制出对应的关系曲线,分析了开采速度对地表动态下沉速度与加速度的影响,得出了一味提高开采速度并不能降低地表下沉速度,而应根据工作面的实际情况进行合理预计来确定最佳开采速度的结论。

考虑动态下沉影响的沙河大坝填方量计算

沙河大坝由于受地下开采影响产生下沉。对沙河大坝填方及防汛工作产生不利影响,为了解决这个问题,本文通过分析提出了考虑动态下沉影响的沙河大坝填方量计算方法,以便使填方量值更接近真值。

矿山开采地表动态下沉预计分析

随着经济的发展,对各类矿产资源的寻求也在不断增加,这就使得矿山在开采深度在不断加大、加深。同时,随着开采深度的增加,当开采作业达到一定深度之后,就会出现明显的地表动态下沉现象。本论文就是以矿山开采地表动态下沉为出发点,通过分段函数的方式,分别对矿山开采过程中,以及矿山开采停止后,地表的动态下沉过程,进行了详细的分析,并提出了地表动态下沉预计的计算方法。

地表动态下沉预计模型的建立研究

为研究井下煤层开采引起的地表移动变形规律,建立地表动态下沉预计模型,本文从地表单点下沉的动态规律入手,分析了Knothe时间函数模型在描述地表动态下沉中的不适应性,通过对其改进并验证了改进后的函数模型对地表单点下沉规律描述的客观性。

覆岩主关键层对地表下沉动态的影响研究

在对岩体内部移动与地表沉陷实测资料进行对比分析的基础上,采用物理和数值模拟方法,就覆岩主关键层对地表下沉动态过程的影响进行了研究。研究结果证明,覆岩主关键层对地表移动的动态过程起控制作用,覆岩主关键层的破断将引起地表下沉速度和地表下沉影响边界的明显增大和周期性变化。在此基础上,提出将控制覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计原则的观点。

基于远场周期来压的地表动态下沉预计

针对以往时间函数模型在预测特厚煤层综放开采深厚比较小时地表动态下沉偏差较大的问题,论文以大同矿区芦子沟煤矿3108综放工作面为工程背景,采用现场实测与理论分析的方法将工作面矿压显现与地表变形两者结合起来研究,提出了依据远场周期来压预测地表下沉的动态过程。研究表明:特厚煤层综放采场会有规律地发生大步距周期性强矿压显现,地表点的下沉速度曲线随工作面周期性强矿压发生有规律性的波动,高位主关键层失稳使得工作面周期强矿压与地表动态下沉之间密切相关,工作面的周期强矿压会在地表变形中显现出来。据此基于远场周期来压建立了修正的分段建模的Weibull时间函数模型,该模型对于工作面各个位置地表点的动态下沉均具有较好的适应性,实例计算结果表明修正的分段Weibull时间函数模型具有较高的精度,能够更好地用于描述地表点动态沉降变形过程。

基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型研究

煤矿开采造成地表下沉,在下沉过程中,地表点的w-t曲线近似呈倒S型;根据Knothe时间函数,提出了基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型,分析了模型参数应满足的条件,并结合现场实测数据分析了利用该模型进行动态下沉预计的可行性;在采用预测值与实测地表下沉值误差较小的B30点进行拟合求参时,得到模型参数分别为a=0.99,b=-136.4,c=6.803,d=371.4,相关系数为0.99,相关程度较高,能正确反映地表动态下沉的过程,表明该模型具有一定的适用性。

强采动地表双向主断面动态运移及特征边界反演

煤炭井下开采引发的地表沉陷导致地表建筑物产生不同程度的损害,准确刻画地表移动变形特征是井下保护煤柱留设以及采动损害评价的重要依据。基于采动地表沉陷的现场实测数据及理论分析,研究了大柳塔矿井大采高条件下采动地表双向主断面运移规律,对地表沉陷特征边界进行了反演。研究结果表明:倾向主断面方向的最大下沉值为-3589 mm,倾斜正值的最大值为50.4 mm/m,曲率正值的最大值为1.18 m^(-1),位于574.976 m处,曲率负值的最小值为-1.4 m^(-1),位于524.936 m处。随着工作面逐渐向前推进,走向主断面采动地表下沉曲线呈现出典型的动态演化特征,地表下沉曲线由V型转变为U型,最大下沉值为-3959 mm,倾斜正值的最大值为55.7 mm/m,位于700.013 m处,曲率正值最大值为1.59 m^(-1),位于700.013 m处。地表下沉系数为0.61,水平移动系数为0.32,主要影响半径为71.1 m,主要影响角正切为2.88,超前影响角为53°,最大下沉速度滞后角为70°。通过实测及反演地表移动与变形的真实情况,为大柳塔矿井地表沉陷规律的研究和岩移参数的求取奠定基础,也为类似地质条件下采动地表监测与特征边界反演提供了重要基础数据。

基于正态分布时间函数地表动态沉陷预测研究

为了研究地表动态沉陷规律,基于正态分布时间函数,结合地表沉陷预测公式,构建了能够进行任意点任意时刻地表动态沉陷预测的函数模型,分析曲线形态系数对时间函数和计算误差的影响,讨论正态分布时间函数的时空完备性,建立了基于时间函数的地表动态下沉计算公式。以辛置煤矿五采区开采为例,利用空间曲面拟合方法求取了地表动态沉陷预测参数,并对特征点的下沉趋势进行了预测。结果表明,地表沉陷预测时曲线形态系数δ>2为其合理取值,理论预测相对中误差不会超过±4.55%,且随着δ的增大,预测误差逐渐减小;正态分布时间函数在地表下沉、下沉速度以及加速度方面均体现了地表沉陷时空分布的完备性。基于叠加原理的空间曲面拟合求参方法能够进行预测参数的自动求取,地表特征点下沉趋势预测最大中误差为±64 mm,相对中误差为±5.7%,理论值与实测值相吻合,基于正态分布时间函数的预测模型能够体现地表动态下沉的时空分布特征。

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。

水中沉井下沉期侧壁摩阻力分布试验研究

以沪通长江大桥主墩沉井为背景,开展深水大截面沉井模拟下沉试验。通过对整个动态下沉过程的分析,确定了侧壁有效应力受下沉速率、压力松弛、倾斜、翻砂突沉等因素影响。停止吸泥后,侧壁有效应力由动态的分布形式转为准静态,整体呈减小趋势,表现为极值点的减小和压力松弛区的恢复。沉井侧壁台阶的设置可减小沉井侧壁总摩阻力,其减小主要来自沉井直壁段。发现阶梯式沉井侧壁受力分为线性区、台阶影响区、过度区和压力松弛区,建立了基于台阶影响的沉井竖直状态下侧壁摩阻力计算模型,并结合沪通大桥#29沉井现场监测试验加以验证。沉井倾斜会引起侧壁有效应力分布的改变,挤土产生的增大土压力可达对应侧主动土压力的3～4倍。

采动地表沉陷全过程预计方法与存在问题分析

精确、可靠的开采沉陷预计结果既是井下工作面优化设计、采动损害程度评价的重要依据,也是土地复垦、生态重建设计和老采空区地表再利用稳定性评价的基础。随着实践认识的提高,开采沉陷的研究热点也逐渐从传统的移动稳定的终态预计转向采动地表移动变形的动态预计;当连续6个月累计下沉不超过30 mm时,则认为传统的采动地表移动已经停止,但随着冒落破碎岩石的压实压密导致的缓慢残余下沉仍将持续,且残余下沉的预计也逐渐引起了研究者的重视。基于采动地表移动规律,将采动地表沉陷移动全过程划分为2个阶段:第1个阶段是包括初始期、活跃期和衰退期的地表动态移动变形期;第2个阶段为衰退期结束后的残余下沉期。针对第1个阶段,分析了现有预计方法的优缺点,提出了基于时间函数与概率积分法结合的开采沉陷动态过程预计方法和时空基准,明确指出了只考虑时间而不考虑开采过程进行动态预计、对比验证的错误,强调了终态预计只是动态预计的一个特例,且该动态预计只适用于滞后下沉而不适用于残余下沉的预计。针对第2个阶段,顾及冒落破碎岩石压实压密引起的残余下沉量小,基于衰退期下沉与残余下沉的连续性、残余下沉线性衰减性,给出了给定地质采矿条件下地表残余下沉持续时间和年度残余下沉系数表达式,可以定量计算残余下沉期内任一年度的残余下沉、累计残余下沉和未来潜在残余下沉,实现了采动地表沉陷的全过程预计。针对采动地表沉陷全过程预计方法研究现状,分析提出了动态过程预计存在的计算单元划分、不规则工作面、临近工作面相互影响等问题,以及残余下沉预计存在的诸如冒落破碎岩石压实压密系数、煤柱损伤与垮塌影响、预计的计算范围、预计结果的可靠性与不确定度等问题,为后续进一步研究提供了方向参考。

卡尔曼滤波在相似材料模型数据处理中的应用

分析离散线性系统的卡尔曼滤波模型,针对工业近景摄影系统所获得的相似材料模型数据进行建模,并运用M atlab软件进行编程求解。得出卡尔曼滤波在相似材料模型数据处理中具有明显的去噪效果,其下沉曲线更能反映模拟的实际情况。结合Logistic函数拟合对比分析,说明此滤波模型的准确性。