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。

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。

无人机低空遥感裂缝识别与采动地表变形指标的相关性研究

山西煤炭资源丰富,随着煤炭资源大规模开采利用诱发了一系列地质灾害,地表裂缝即为地质灾害的主要表现形式之一。目前对地表裂缝监测多采用人工野外调查识别和卫星影像解译识别方法,存在成本高、效率低、分辨率低、易受天气影响等不足。利用飞马D2000无人机对山西省华阳二矿某地质灾害易发区进行了航空摄影测量,得到了测区数字正射影像模型(DOM)、数字表面模型(DSM)和三维点云模型(3DPCM),基于这3种模型数据解译得到地表裂缝发育与分布特征。同时,根据地质采矿条件进行地表移动变形预计,分析了地表变形指标与采动裂缝分布之间的关系。结果表明:利用DOM与3DPCM模型数据可以高效、准确地识别地表裂缝,且裂缝分布情况与采动引起的地表曲率变形、水平变形高度相关。研究结果对于预测评估开采引起的地表裂缝发育情况具有参考意义。

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。

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。

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。

预测地表与岩层移动变形的数学模型

给出了实用“三下”采煤DMBCH软件的计算机模拟预测数学模型和有关参数的确定方法,并对其实用性进行了论证评价,表明这种数学模型适应矿井实际开采情况,预测准确度高,应用方便。

浅埋深高强度开采地表动态移动变形特征

为了掌握浅埋深高强度开采条件下地表动态移动变形规律,以神东矿区哈拉沟煤矿22407工作面地表移动观测站实测数据为基础,阐述了地表动态移动变形的特性,得到了相关动态移动变形参数,并分析了该地质条件下动态移动变形呈现特殊规律的原因。研究结果表明:在浅埋深高强度开采条件下,地表下沉过程异常剧烈,移动变形更加集中,下沉盆地快速形成。在地表持续移动变形过程中,活跃阶段地表下沉量达到总下沉量的81.4%,最大下沉速度系数为1.73,最大下沉速度达700.5mm/d,超前影响距为82 m,超前影响角为57.8°,最大下沉速度滞后距为57 m,最大下沉速度滞后角为66.3°。

大断面浅埋暗挖隧道施工引起的地表移动及变形预测

运用随机介质法理论,研究开发出了隧道施工引起的地表移动及变形预测系统,实现了隧道开挖引起的地表沉降、倾斜、曲率、水平位移和水平变形预测,并对预测公式进行改进,预测了大断面分部开挖引起的地表移动及变形。工程实例分析表明该方法效果良好,具有一定的实用价值。

巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律研究

巨厚含水松散层复杂地质采矿条件下开采地表移动变形规律存在一定的特殊性。为了研究巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律,明确巨厚含水松散层对地表移动变形影响,以菏泽矿区为研究区域,在分析某矿1308工作面地表移动变形实测数据的基础上,采用FLAC^(3D)数值模拟软件,流固耦合计算模拟了巨厚含水松散层下开采地表移动变形,分别制定了动态固结沉降方案、无含水层方案、含水层位置方案,量化计算了巨厚含水松散层渗流固结沉降量占比,总结了巨厚含水松散层渗流固结沉降动态规律,对比分析了有无含水层情况下煤层开采地表移动变形差异,研究了松散层内含水层位置对地表移动变形的影响。研究结果表明:某矿巨厚含水松散层采矿条件下受采动引起的渗流固结沉降占地表总下沉量的8.5%;随工作面推进,开挖变形和渗流固结沉降增量的变化可划分为同步增长期、动态变化期、同步减缓期3个阶段。巨厚松散层内含水层受采动影响产生的疏水渗流固结现象会导致地表移动变形增大、地表移动影响范围扩大,但最大曲率和最大水平变形的减小说明下沉盆地的整体形状更为平缓。地表变形参数与巨厚松散层内含水层位置之间存在相关性,通过相关性分析,建立了地表移动变形参数与松散层内含水层位置之间的关系模型。

地表动态移动变形预测函数研究

在研究国内外开采沉陷动态分析时间函数的基础上,运用概率积分法对地下开采引起地表沉陷随时间和空间的变化规律进行研究,提出动态地表移动变形的坐标-时间函数。该函数不仅比克诺特(Knothe)时间函数W(t)增加了坐标变量x,而且,还增加岩移参数(q,r,v,ω,φ,t0),这些参数与概率积分法静态分析的参数相统一。研究分析起动时间t0随坐标x变化的关系式;用下沉坐标-时间函数W(x,t)与Knothe等多个典型时间函数相比较,不但克服Knothe等时间函数一阶导数、二阶导数的不完善性,能正确反映下沉、下沉速度、下沉加速度的变化规律,而且,对x求偏导数,获得动态倾斜、动态曲率、水平移动、水平变形等的坐标-时间函数。从而,建立半无限开采和有限开采条件地表移动变形动态分析的基本公式。在此基础上,结合课题进行实例验证。研究表明,常规的静态分析函数只是该地表移动变形的坐标-时间函数的一个特例;该坐标-时间函数能正确描述地表沉陷动态过程;多个既有岩移参数建立的各坐标时间函数不仅能充分反映地质采矿条件,而且可推广性强。

地下金属矿山深部开采引起地表移动变形规律研究

地下金属矿山深部开采引起地表移动变形的预测是一项技术难题。通过对某矿区工程地质特点和开采技术条件进行深入了解,建立了具有较高仿真度的三维深部开采模型,并对矿区的开采进行了系统的模拟研究。通过开采三期工程（1 337~1 237 m）时地表下沉的计算值与现场GPS实测值之间的吻合,较准确地预测出四期工程深部开采过程中的各阶段移动角及地表移动变形范围,为该矿山深部开采地下工程的布置及地表移动范围的设计提供了依据。

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。

充填开采地表移动变形规律数值模拟分析

为了研究充填开采地表移动变形规律,简要介绍了地下开采引起的地表移动和变形5项指标对地表建筑物影响情况,分析了5项指标之间的内在联系和对地表建筑物造成破坏的直接原因,引入了地表"下沉梯度"和"水平移动梯度"的概念,从而对充填开采提出了新的评价指标和要求,在减缓地表下沉量和水平移动量的基础上,需要重点关注对梯度的控制情况。针对新阳矿十采区10203充填开采工作面现场条件建立FLAC3D数值模型,对比分析充填法和垮落法开采的地表移动梯度变化规律。研究表明:充填开采减小了地表下沉量和水平移动量,显著降低了地表下沉梯度和水平移动梯度,地表趋近于均匀下沉和连续变形,能够有效地保证地表建筑物的安全。

村庄下开采地表动态移动变形过程及其对建筑物的影响研究

针对某煤矿1501工作面地表存在村庄建筑,为了确保村庄建筑的正常使用,以地表移动观测站实际观测数据为基础,通过建立坐标-时间坐标系,运用概率积分法对由于1501工作面开采引起的地表移动变形随时间和空间的变化规律进行研究,分析该工作面开采不同时间对上方村庄建筑物的采动影响。结果表明:通过概率积分法建立的坐标-时间预计函数可以准确地描述开采过程中任意时间点的地表整体移动变形,能够满足工程实践应用。

丘陵山地采煤地地表移动变形与裂缝特征相关性研究

在预测模型修正的基础上,运用地表变形预计系统对丘陵山区采煤地地表变形预测,通过对比分析预计裂缝结果和裂缝调查结果,分析裂缝与地表变形参数之间的相关性。研究结果发现,经过修正后的丘陵山地预测模型,预测结果与调查结果吻合;裂缝宽度与预计的水平变形值的相关性显著,而裂缝长度与预计水平变形值的的相关性不显著。

近水平煤层开采地表移动边界的预测研究

预判开采沉陷对地表的影响是进行生态恢复治理规划时的1个重要环节,绘制等值线图是该环节的前提条件;以近水平煤层开采为例,运用FLAC^(3D)进行数值模拟时,计算结果中只有下沉值和水平移动值,没有倾斜、水平变形和曲率值,且无法生成等值线图,不能直观反映地表受影响的范围和程度;针对这一问题,通过FISH语言编程对模拟结果进行数据的后处理,在Surfer软件中绘制等值线图。结果表明:霍宝干河煤矿地表发生拉伸破坏的临界水平变形值为2.15 mm/m;FISH代码能够实现采煤沉陷特征值的提取,可以预测出地表移动盆地最外边界、地表危险移动边界、地表移动裂缝边界和裂缝产生的范围;工作面推进方向和开采顺序的不同会导致地表移动盆地边界距离采空区边界左右间距不相等。