我国开采沉陷动态过程的研究现状与展望

随着灾害意识的增强和防护措施力度的加大,采动地表动态沉陷的预计理论及方法日益得到重视,各种各样的新理论逐渐被应用到开采沉陷动态过程的研究当中。在综合分析大量文献的基础上,对开采沉陷动态过程机理、预计方法等方面的研究现状进行了论述,指出了目前在开采沉陷动态过程研究方面存在的问题及发展方向,对预防或减轻采动损害、确保地表建筑物的安全运行等,具有重要的理论和现实意义。     

关键层理论在开采沉陷中的应用现状与进展

在简述关键层理论的产生背景、发展历程与应用现状的基础上,分析了关键层理论应用于开采沉陷研究的必要性,重点介绍了关键层理论在开采沉陷研究(关键层对地表沉陷的影响、开采沉陷预计、采动地裂缝、地表减沉与采空区稳定性评价等)中的应用现状与进展.分析表明,将关键层理论应用于开采沉陷有助于研究地表沉陷动态过程与采动地裂缝形成机理,并提高沉陷预计精度及地表减沉效果.同时,还讨论了现有研究的不足,进而提出今后的研究方向与待解决的问题.     

我国浅埋煤层快速开采下地表沉陷规律研究现状与展望

基于浅埋深和工作面快速开采相结合导致地表沉陷规律的特殊性,从我国浅埋煤层开采条件下地表移动规律、地表沉陷预计方法及地表沉陷控制等方面进行了现状概述,结合我国"三下"采煤规程和已有矿山开采沉陷理论与实践,指出浅埋地表沉陷规律研究现有成果存在的不足和局限性。给出以后可从工作面开采速度对地表沉陷规律、地表移动参数等影响,基于开采速度尺度下地表沉陷动、静态全过程统一预测模型,通过引入"地表移动与变形速度"新指标来进行建(构)筑物损坏评价,以及考虑从优化工作面开采速度方面来减轻采动损坏等4方面开展浅埋深快速开采条件下地表沉陷规律的研究和应用工作。     

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...     

煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述

大量的国内外研究表明,开采沉陷预计不仅是评价采动损害程度、选择采动损害控制措施的基础,也是开采设计优化、土地复垦和地基稳定性评价的前提条件之一。从预计方法的表达形式、理论基础、时间过程和特殊条件影响等4个方面分析了开采沉陷预计理论与方法的类型及适用条件;讨论了开采沉陷的主要影响因素、预计参数的确定和预计误差,强调了预计误差和拟合误差的区别。从现有预计方法存在的不足、时空力学模型、复杂地质体的节理界面效应、急倾斜煤层开采、深部开采、数值模拟、地面监测数据实时获取、预计结果的可靠性与不确定评价等方面,提出了开采沉陷预计存在的问题和今后的研究方向。     

基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计

为了探讨采矿过程中受时间和空间影响的地表移动变形的发生发展机理,提出了一种基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计方法。该方法以研究描述地表沉陷区观测点下沉变化过程的Weibull时间序列函数为基础,认为Weibull时间序列函数在描述地表观测点沉陷的动态过程时,不仅能较好地拟合下沉-时间（w-t）曲线,而且由此推出的速度-时间（v-t）曲线和加速度-时间（a-t）曲线也能够很好地符合地表沉陷随时间变化的物理过程。基于实测资料确定的负指数法在描述地表移动盆地时具有实践应用性强、预计精度高等特点,给出了走向主断面半无限开采负指数法的下沉预计公式及参数求取方法。根据主断面动态沉陷模型的一般形式,将Weibull时间序列函数与负指数预计函数相结合,建立了充分采动条件下沉陷盆地走向主断面的动态地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形模型,并对某煤矿的地表动态沉陷进行了预计,结果表明,预计结果与实测结果具有很好的一致性,可为实现矿区地表动态沉陷预计提供参考。     

巨厚松散层薄基岩煤层开采沉陷规律实测研究

通过地质采矿条件分析和文献研究表明,淮南某矿首采工作面属于巨厚松散层薄基岩覆盖煤层开采条件。基于实测资料,提出了考虑松散层效应的工作面采动程度分析方法,揭示了厚松散层薄基岩煤层开采地表沉陷特殊规律,并从关键层理论角度对沉陷机理进行了科学解释。依据观测站资料,求取了该工作面开采地表沉陷预计概率积分参数,并进一步分析了预计参数特征及产生机理。     

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究对指导矿区进行“三下”压煤开采设计和完善开采沉陷预计理论等工作具有重要意义。为得到采动影响下厚黄土层沉陷规律,以阳湾沟煤矿6204工作面采动影响下上覆厚黄土层为研究对象,采用钻孔电视探测和多点位移传感器实时监测等方法,探测黄土层内裂隙分布情况以及黄土层内部采动沉陷规律。结果表明：厚黄土层完整性好,内部无明显裂隙;厚黄土层近于整体下沉,且其下沉值近似等于地表下沉值,黄土层与地表同步运动。     

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明：膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。     

我国采煤沉陷及其控制研究现状与展望

深部开采已经是我国煤炭资源开采目前或将要面临的问题之一。同时,“三下”压煤的亟待开采和与环境相协调的煤炭开采技术的研究,也是煤炭行业可持续发展和保护地表环境必须的研究课题。通过论述分析采煤沉陷现状、控制采动覆岩方法、采煤沉陷相关理论研究,可以得出,我国采煤沉陷分布广泛、涉及面广、影响严重,采动覆岩控制的方法和理论,仍然存在与矿业发展不协调或有待改善的地方。“三下”压煤的全煤层开采研究、覆岩移动规律细化数值模拟、充填开采工艺设计及地表移动预计程序的更新或开发等方面,将是现阶段开采沉陷学科深入研究的重点。最后展望了符合绿色开采理念的采煤方法或煤炭技术途径。     

开采沉陷若干理论与技术问题研究

简要介绍了多年来中国矿业大学北京校区在开采沉陷理论与技术方面的主要研究成果：矿区地表移动规律；巨厚松散层条件下开采地表移动规律；块段开采条件下覆岩移动机理及地表移动变形计算；极不充分开采地表移动变形预计方法；基于倾角变化的开采沉陷模型研究；曲面分布形式煤层开采地表移动预计方法；覆岩离层注浆减缓地表沉降机理及减沉效果评价方法。开采沉陷预测分析系统的开发研究等。     

基于Knothe时间函数和InSAR的煤矿区动态沉陷预计研究

 摘要：以某矿区的3212工作面为研究对象,采用基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型进行开采沉陷动态预计。计算了不同时间、不同位置的点的动态下沉值,分别与水准测量成果和D-InSAR监测结果进行了对比分析。实验表明,基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型所得到的结果符合开采沉陷导致的地表沉陷规律;其结果与水准测量成果和D-InSAR监测结果吻合;最大误差不超过0.2米,能够满足动态预计的要求。最后提出了存在的问题和今后工作的方向。     

开采沉陷动态预测模型

为了准确预测地下开采引起的地表沉陷,针对Knothe时间函数模型的不足,借鉴岩石流变力学中非定常流变模型的建模思路,假定Knothe时间函数中的时间影响系数不是固定不变的常量,而是与时间有关的变量,从而对Knothe时间函数模型进行了改进。在此基础上,提出了一种新的地表下沉盆地模型,并将该模型与改进的Knothe时间函数模型相结合,建立了一种新的开采沉陷动态预测模型。利用实测资料对模型的合理性进行了验证,结果表明：该模型能够描述开采沉陷随时间的动态发育过程,且预测曲线和实测数据吻合良好,说明模型具有一定的适用性。     

岩层与地表移动变形量的时空关系及描述方法

矿山开采沉陷是指地下开采引起的岩层与地表移动现象和过程,移动变形的描述方法是开采沉陷研究的基础。本文较为全面地阐述了岩层与地表移动变形量的时空关系,指出开采沉陷的岩层、地表、松散层等3个主体,9个移动变形量。按照移动盆地、主断面、任意点3种描述模式,给出了各移动变形量之间的数学关系;论述地表动态移动变形与开采影响的传播过程的时空关系,提出了开采推进时间、影响传播时间双变量的动态移动变形描述方法;给出了直线型、折线型、网状观测站地表移动变形的关系式。可为开采沉陷观测分析、预计模型研究提供数学依据。     

稳健统计学在矿山应用中的实践与认识

以开采沉陷观测站实测参数曲线拟合法求定为例,给出了稳健数据处理的一般原理与公式推导过程,根据笔在矿山的诸多科研实践,介绍了稳健统计学在开采沉陷预测、地质采矿条件评价、生产指标确定、空间插值与几何制图中的效果及其认识。认为矿山开采是一个复杂的动态过程,获取的数据分布往往较复杂质量较差,稳健统计学具有广阔的应用前景。     

优化分段Knothe时间函数求参方法

针对优化分段Knothe时间函数的参数求取问题,给出了2种求参方法:① 以本矿区,或地质、采矿条件相似矿区的地表监测资料为基础,提出了“反算时间函数对比求参法”,给出了详细的参数求取流程,该法直观、易操作,且具有通用性,可用于其他时间函数的参数求取;② 以采空区达到充分采动尺寸时的地表沉陷规律,及相应概率积分参数为基础,推导了时间参数的“直接计算法”公式,该方法参数意义明确,求参过程简便,能直接应用于编程计算。预计实践表明,采用本文方法求参,动态预测最大相对误差可控制在9%以内,随着开采时间的增加,动态预测精度将会逐渐提高,最终维持在5%左右;根据统计,地表最大下沉值预测相对误差则可维持在6%左右。应用实践证明了论文所给出的求参方法的实用性与可靠性。     

基于ArcGIS的开采沉陷预计分析可视化方法

矿山开采引起的地表移动是一个复杂的动态过程,传统的二维线划图不能全面、准确地表达地表的沉陷信息。基于ArcGIS地统计分析模块对开采沉陷中概率积分法的预计结果进行了分析和处理,实现了开采沉陷的三维立体显示及剖面图的生成,有助于更加直观和深入地研究地表移动情况,为研究开采沉陷规律和提高开采沉陷损害防治技术提供了更加直观有效的技术方法。     

开采沉陷动态精准预计的时效Knothe函数方法研究

针对当前开采沉陷动态预计不精准问题,综合利用实测分析和理论研究方法,提出了基于时效Knothe函数的开采沉陷动态精准预计方法,主要取得如下成果：①Knothe时间函数的参数C值在开采过程中呈现近似正态分布,采动结束后C值呈负指数衰减直至趋于定值;②预测时效Knothe函数C值的实验结果表明：就整体性预测而言,AR模型的整体性最好,传统的GM（1,1）模型误差较大,3次指数平滑法的预测结果出现粗差;就单期预测而言,传统的GM（1,1）模型和AR模型对C值的预测存在不稳定性,3次指数平滑法各期预测值误差均小,较稳定。研究成果对研究开采沉陷动态精准预计具有参考意义。