梯形荷载下的采场顶板岩层运动及支架承载计算研究

在经典实用矿压理论的基础上,通过简化岩梁荷载为梯形荷载,建立了采场支架围岩结构力学模型,重新推导了基本顶初次来压和周期来压的计算公式。利用新公式,结合汝箕沟煤矿32211综采工作面的开采实际状况,计算了基本顶初次来压步距和周期来压步距,并对比了经典实用矿压理论的计算结果及实测数据。研究表明,新公式计算的结果更接近山地开采条件下的实测数据,对煤矿的安全生产起到了指导作用。

基于GIS的任意形状工作面预测概率积分算法研究

针对目前任意形状工作面预测方法存在的不足之处,在概率积分法理论基础上,应用地理信息系统(GIS)技术,提出了基于GIS的任意形状工作面预测概率积分算法。将任意形状工作面剖分成若干个非结构化三角形,利用复化辛普森二重积分法对每个三角形区域按正态积分函数进行预测计算,最后将各个三角形区域积分计算值进行叠加,实现对任意形状工作面的预测。依据此算法开发了开采沉陷预计系统,以某煤矿为实例进行了验证,预计结果和现场实测结果基本吻合,系统具有计算方便、使用简单、能高效进行前后数据处理等特点,适用于缓倾斜、倾斜煤层任意形状工作面的地表移动和变形计算,可为"三下"采煤提供地表移动预测计算的支持。

任意形状工作面沉陷预测的概率积分法及其应用

概率积分法是煤矿开采沉陷预测的重要方法,可适用于缓倾斜、倾斜煤层开采地表移动分布曲线符合正态分布规律的地表移动和变形计算。针对原方法对任意形状工作面存在的不足,在原有走向和倾向概率积分函数的基础上,以走向和倾向为基准划分积分函数区域,在该区域内剖分非结构化的三角形单元作为二重积分的基本单位;通过坐标旋转变换的二重积分换元法,转化为以直线为上、下限的二重积分,计算旋转后的影响半径,对新的二重积分采用复合辛普森数值积分公式,积分得出地表任意点在基本三角形开采单元下的积分下沉值;最后,通过叠加计算完成任意点、任意形状工作面概率积分法的沉陷预测计算。算法在GIS系统下实现,实例应用效果良好,可为"三下"采煤提供地表移动预测计算的支持。

GIS和GOCAD支持下的矿山3D地质建模

在综合分析3D地质数据模型的基础上,提出将源数据模型分为GIS可描述和GIS不可描述数据模型的分类方法,在ArcGIS和GOCAD平台下构建了基于GIS的多元、多方法集成的矿山3D地质模型。ArcGIS平台下描述GIS可描述数据模型,并进行数据管理和空间数据分析;GIS不可描述数据模型一方面在GOCAD下描述复杂的地质构造,另一方面采用面向对象的聚合派生法描述矿山工程模型中的空间实体,并利用Geodatabase建立两者的关联。实例应用表明,该方法保持了数据在空间和时间上的一致性,为矿山安全生产管理提供了有效和可靠的空间数据及可视化支持。

基于GIS的高质量约束Delaunay三角网格剖分

在分析现有非结构化网格剖分算法的基础上,提出了一种GIS支持下的改进分治算法实现约束Delaunay三角网格剖分。该方法利用了GIS的空间拓扑关系对算法输入数据进行预处理,基于三角形的统一数据结构实现了网格细化,对输出剖分网格进行准确的拓扑和约束条件的检查,并基于推进阵面算法思想,结合空间邻近拓扑关系实现了三角剖分节点和网格的重新编号,方便了实际问题中开边界条件的赋值,提高了计算效率。实例应用表明,该方法大大简化了数值模型非结构化网格剖分的前处理过程,集成了几种综合算法的优点,在保证原分治算法时间复杂度的基础上,提高了约束条件下Delaunay三角网格生成的质量。

GIS和FLAC^(3D)耦合下的采场上覆岩层破坏空间分布

在分析GIS空间数据模型和FLAC3D初始单元模型的基础上,通过GIS栅格数据模型与FLAC3D的六面体单元(Brick)模型的数据耦合,提出了两者耦合下的煤矿采场三维空间构模方法。利用该方法在数值模拟计算结果的基础上建立了GIS时空数据库,以"三带"的断裂带上限值定义了上覆岩层破坏高度函数。结合汝箕沟煤矿32211工作面的开采实际,计算了工作面上覆岩层破坏空间分布,给出了终采线附近上覆岩层破坏高度。

基于GIS的POM模型及其在渤海潮流模拟中的应用

地理信息系统(GIS)作为对蕴含空间位置信息的数据进行采集、存储、管理、分发、分析、显示和应用等的新兴技术,显示出在海洋领域研究的重要性。做为目前海洋研究比较流行的数值模拟技术,集成GIS在空间数据处理和解析等的强大功能,以此扩展和开发基于GIS的数值模型的工程耦合形式,成为海洋GIS发展的前沿领域。将GIS在POM潮流模型前处理和后处理中应用,进行了GIS的功能性扩展编程,以文件交换形式,形成GIS和POM模型的分散式结合,并用此方法在渤海潮流模拟中进行了测试,其中在前处理中自动剖分网格和数据的自动提取等技术极大地提高了建模、调试和后处理的效率,而后处理显示等技术的使用为以后的集成一体化开辟了途径。

基于GIS的二维非结构化剖分网格优化

非结构化网格剖分是数值模拟的关键技术之一,网格质量直接影响到计算的收敛性和精确度。在GIS辅助建立非结构化网格空间拓扑关系的基础上,针对GIS和实际研究问题给出Spring-Laplace方法——一种新的单元尺度函数定义,在GIS空间算法下利用该方法优化节点位置,并基于推进阵面算法的思想,结合空间邻近拓扑关系实现了三角剖分节点和网格的重新编号算法,方便了开边界条件的赋值,提高了计算效率。实例表明,该方法大大提高了网格生成质量,能适应FVCOM数值模型对非结构化网格剖分的要求,其收敛速度快,具有较高的运算效率。

鹿儿岛陡倾边坡地区地下水tank模型构模及应用

季节性的降雨及其所引起的地下水状态变化是促使日本鹿儿岛竜ヶ水地区崩塌、泥石流和滑坡等灾害发生的重要诱发原因。研究地区年降水量达2000mm左右,地下水的影响造成多次崩塌和泥石流的发生,对周围公路和铁路造成极大的危害。鉴于该地区灾害发生与其地质和地下水活动有着紧密的联系,根据多年的降水及钻孔水位的观测资料,建立该地区地下水位模拟的tank模型,并对模型参数进行求解和应用对比分析,为监测预警提供了有力的数据支持。

GIS平台下分形维数计算的设计开发和应用

GIS作为一种新兴的技术在空间数据处理和解析方面具有强大的扩展功能,已经在测绘领域得到了广泛的应用。本文针对分形维数计算的问题,在GIS平台下基于空间数据模型提出了该问题的解决方案,并利用通用COM技术设计和开发了分形维数计算系统。该系统成功地应用于工程实践,对今后GIS在相关专业领域更深层次的应用具有一定的借鉴意义。

GIS和MDOF耦合模型下的结构动力计算及评价

结构动力计算是地震工程和结构动力学的重要环节,将地理信息系统(GIS)与多自由度(MDOF)结构动力计算模型耦合,可以实现大范围区域内结构体动力反应的快速计算。GIS平台下,将建筑物结构体抽象为剪切层模型并以2D或者3D实体存储在空间数据库中,通过Jocabi特征值算法求解MDOF振型和Newmark-β算法求解地震的时程反应,并根据位移计算结果实现了建筑物震害破坏等级的分类评价,最终计算结果可以二维图形或者三维可视化的形式在GIS中显示。实例计算结果表明,GIS耦合模型能够高效地实现震灾影响范围内大量MDOF体系的动力反应计算。根据动力反应结果将建筑物地震破坏进行等级划分,并在GIS中可视化计算结果,这将有助于快速预估建筑物结构的破坏程度和分布,为地震应急救援和损失评估提供有力的数据支持。

基于概率积分法和自四归模型的开采沉陷算法

工程地质条件复杂的采空区,采用概率积分法预测地表沉陷量时会出现较大偏差,因而提出概率积分法和ARMA(auto-regressive and moving average model)模型相结合的采空区地表沉陷预测模型。模型将采空区地表沉陷分为两部分:受采空区影响的趋势项沉陷和受工程地质条件影响的突变项沉陷;利用平动法分离这两项沉陷量,然后分别采用概率积分法和ARMA模型对趋势项和突变项进行沉陷分析预测,两项之和为采空区最终沉陷预测结果。采用该模型对湖南省冷水江宝大兴矿区采空区地表沉陷预测,预测结果较好地反映出复杂工程地质条件作用下采空区地表沉陷的变化发展趋势。通过对监测值、概率积分法预测值和新模型预测值进行对比,新模型预测精度较高,与监测值相吻合,在相似的复杂条件下具有较高的可行性。

GIS的矿山巷道三维空间构模算法研究

巷道是井下矿山系统中各种人工要素的主要空间载体,其三维空间构模问题是目前三维地学空间构模研究的重要方向之一。针对该问题的解决,给出了巷道中心线的生成方法,提出了根据巷道中心线和断面进行巷道三维空间构模算法。该算法针对圆形巷道断面和巷道交叉处椭圆断面给出了公式的推导,并利用向量算法实现了该问题的三维空间构模。算法在GIS平台下得到验证和实现,表明该方法稳定、可靠,对今后模型走向工程应用具有重要的理论和实用价值。

基于GIS的开采沉陷空间建模及计算研究

本文针对开采沉陷地表移动变形计算问题,在GIS平台利用空间数据模型给出了预测计算中不同坐标系的转换公式及其空间数据库的构建,并讨论GIS与专业工程模型的耦合方法,提出了基于COM的模型耦合方法应用于系统的构架。实践证明,该方式下GIS与开采沉陷专业工程模型结合具有明显的优越性,对其他相关专业领域的耦合应用具有一定的借鉴意义。

杭来湾煤矿近浅埋煤层开采覆岩运动及地表移动规律研究

针对陕西榆林杭来湾煤矿首采面大采高近浅埋煤层地质条件,通过现场实测和理论分析,对综采面覆岩运动和地表移动规律进行了实证研究。将开采过程划分为初采阶段、正常周期阶段和末采阶段,设计并实施了采场顶板运动和地表移动的不同区域全方位监测。结果表明:(1)初采阶段,第3岩梁的断裂使得初采阶段内基本顶矿压显现最为剧烈,其根本原因在于基岩+松散层的特殊地层结构和完整且强度不高的复合结构体岩层;(2)工作面推进到320 m,即大约工作面宽度位置时,地表形成θ形沉降圈,标志着完成初采阶段向正常周期开采阶段过渡;(3)正常周期开采阶段,地表移动无超前影响,采动裂隙滞后工作面约42 m,动态塌陷滞后76 m,但对基岩能够产生动态载荷传递作用;(4)风积沙中、厚基岩条件下采动引起基岩与松散层相互共同运动,顶板运动结构表现为"两带"或不稳定"三带"特征,构成的复合结构体影响采场矿压的显现,顶板运动特征符合近浅埋煤层顶板运动规律。研究成果指导了30101工作面顶板矿压灾害防治的实践,并为后续工作面的设计提供了理论和技术保障。

基于GIS的矿山三维地质建模方法

矿山三维地质建模是数字矿山的核心组成部分,在地质、采矿、岩土工程等诸多领域日益得到重视。在综合分析三维地质数据模型的基础上,提出了GIS可描述和GIS不可描述数据模型的分类,并在GOCAD和ArcGIS平台下构建了基于GIS的多元、多方法集成的矿山三维地质建模方法。针对GIS不可描述数据模型提出了面向对象的聚合派生法,并通过Geodatabase建立了两平台的关联和模型的更新。通过现场实例应用表明,该方法保持了数据在空间和时间上的一致性,为矿山安全生产管理提供了有效和可靠的空间数据以及可视化的支持。

基于GIS和FVCOM数值模型的近海岸水动力计算——以渤海为例

GIS以其强大的空间数据存储、处理和分析功能已经广泛地应用于众多工程模型的建模和计算中。FV-COM模型对复杂地形岸界适应性好,同时又可以更好地保证质量的守恒性,是理想的近海岸水动力计算模型。以渤海的水动力计算为例,基于两者的耦合,提出了GIS支持下的近海岸水动力模拟计算前处理的空间数据管理、自动剖分网格和数据自动提取的方法,提高了建模、调试和前处理的效率。后处理使用了NetCDF和Geodatabase空间数据库格式存储多维计算结果数据,对渤海潮流和温盐的计算结果进行了验证和分析。计算结果表明,GIS耦合模型的使用能够方便模型数据的处理,大大提高模型的建模效率,清晰和生动地表达计算结果,反映了模拟研究区域的物理特性,对近海环境管理决策提供了数据和理论的决策支持。