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基于公层传递原理的开采沉陷时空预测模型构建

张艳杰  
【摘要】:煤炭资源的大规模开采,会引起或诱发煤矿区地面沉陷、塌陷和山地开裂等地质灾害,不仅严重危害了当地的自然环境,也给当地人民群众及矿区生产造成巨大的经济损失,对开采沉陷的预测,不仅有助于采取适当的措施加以控制,同时对于后期矿区环境的恢复与整治也非常需要。目前地表移动预计的方法较多,但由于对开采沉陷机理及地表变形破坏的认识、参数取值等众多因素的影响,预计结果与实际仍有较大误差。 本文通过分析受采动影响的上覆岩层的变形特征及主要控制因素,基于分层传递原理,运用关键层理论及概率积分方法,尝试建立了一种空间上的地表下沉移动变形模型,并在此基础上推导出了倾斜、曲率、水平移动和水平变形公式。之后结合Knothe时间函数,通过叠加原理,推导出了开采引起地表移动变形的时空预计模型。并给出了该预计模型中参数的确定方法。对于有限开采条件下,在计算砌体梁断块长度时,通过引入初次来压步距与工作面长度的关系,增加了模型参数的合理性和准确性。 结合陕西省大佛寺煤矿区进行实例验证,在计算过程中运用matlab软件对形成的模型求解,得到的理论预测结果与实测资料吻合的较好。与常规概率积分法的预计结果进行对比,结果表明:利用本模型预计下沉值最大相对误差为32.54%,相对误差平均为10.36%。采用概率积分法的预计下沉值最大相对误差为99.90%,相对误差平均为41.14%。说明构建的模型是可行的,且效果要好于常规概率积分法预计结果。然后利用时空模型对大佛寺煤矿40301首采工作面推进490m、581m、672m、700m及停采后0.5a、1a、2a的下沉进行了预计分析,证明了构建的时空模型的可行性。


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