基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型（AHP-PF组合模型）。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。     

浅层采空区塌陷危险性评价方法研究

鉴于浅层采空区的复杂性、不确定性,目前缺乏针对浅层采空区塌陷危险性的有效评价方法。在对浅层采空区详尽客观调查探测基础上,提出了基于层次分析法的模糊综合评判定量评价方法评价采空塌陷危险性。首先,在研究区工程地质条件、采空区塌陷机理和塌陷影响因素分析基础上建立采空塌陷评价因子体系及标准;其次,针对离散型和连续型变量因子的不同,分别采用专家评定法和适宜的隶属度函数模型构建隶属度评价矩阵,同时采用层次分析法中的特征向量法确定因子权重;最后,通过权重矩阵和隶属度矩阵的合成运算得到评价结果向量,按贴近度原则确定危险性等级。研究结果表明,模糊综合评判方法在评价浅层采空区塌陷危险性方面是可行并有效的。     

基于神经网络的采空塌陷预测

依据某煤炭开采区的勘察资料, 综合考虑影响采空塌陷的主要因素, 建立了预测采空塌陷的 BP神经网络模型。该模型结构为 7-10-2型。优化学习参数后, 用该模型对采空区塌陷进行了预测分析, 结果与实际情况完全吻合, 表明 BP神经网络模型应用于采空塌陷预测领域是行之有效的。      

基于主成分层次聚类模型的采空塌陷场地稳定性评价

对采空塌陷场地进行稳定性评价是保证后续工程建设安全的重要前提。针对某磷矿急倾斜矿层采空塌陷场地稳定性评价影响因素多、地质采矿条件复杂的问题，提出了基于主成分层次聚类模型的稳定性判别方法。在确定采空塌陷场地稳定性评价范围的基础上，筛选了表征采空塌陷场地稳定性的8个主要指标作为学习样本进行训练，经主成分降维后，建立采空塌陷场地稳定性评价的AGNES（AGglomerative NESting）层次聚类模型并应用于该磷矿采空塌陷场地稳定性评价中。实验结果表明，采空塌陷场地稳定性影响因素的前4项主成分的累计贡献率为81.8%，较好地表征原始样本指标所包含的信息，采空塌陷场地稳定性总体能够与此区域城市规划不同用地性质的土地承载力相适应，并与其他手段评价结果相比较证明了主成分层次聚类模型应用于采空塌陷场地稳定性评价中的可行性和有效性。     

岩溶塌陷危险性评价——以独山县交摆村为例

岩溶塌陷是多因素相互影响,成因机制较为复杂的地质灾害类型,在空间上具有隐蔽性,时间上具有突发性的特征。为有效预测、评价岩溶塌陷危险性,本文采用GRA -FAHP,从岩溶条件、覆盖层条件、地下水条件、工程活动条件等因素出发,选取14个主要影响指标构建定性与定量相结合的岩溶塌陷危险性评价模型,以贵州省独山县交摆村岩溶塌陷区为例对模型进行验证。结果表明,该模型对岩溶塌陷危险性评价与实际情况相符。可为今后岩溶塌陷危险性的预测、评价提供一些借鉴。     

广州市白云区岩溶塌陷风险初探

识别出广州白云区岩溶塌陷风险因素,构建岩溶塌陷层次递阶结构模型,运用层次分析法的相关原理计算出基本风险因素对岩溶塌陷风险事件的影响权重。定义极易塌陷区Ⅰ、易塌陷区Ⅱ、次易塌陷区Ⅲ、不易塌陷区Ⅳ和稳定区Ⅴ共5个岩溶塌陷等级分区,建立各基本风险因素5个等级与岩溶塌陷等级分区的对应关系。为实现岩溶塌陷风险的定量评价,定义单因素致塌概率pi,引入伯努利试验建立岩溶塌陷概率计算模型,选取覆盖层厚度、岩溶发育程度、地下水位埋深、基岩岩性、覆盖层结构与底板岩性、地下水开采强度、地下活动强度和地表施工加载与振动等8个基本风险因素参与评价单元塌陷概率计算,并据此确定岩溶塌陷风险等级狭义标准,为区域岩溶塌陷等级分区的划分提供参考依据。岩溶塌陷风险等级分区表明：极易塌陷区集中在分析区内的江村、古楼岗、泉溪、西湖、社岗一带;易塌陷区和次易塌陷区主要分布在江高镇和原石井镇等地带。风险等级分区与白云区已有岩溶塌陷历史统计资料及塌陷危害程度评价结果较为吻合,从而验证了评价方法的有效性。     

基于Fisher判别分析法的岩溶塌陷预测

为了更准确地预测岩溶塌陷,基于Fisher判别分析法,首先选择内聚力、内摩擦角、覆盖层厚度、覆盖层厚度减高水位埋深、覆盖层厚度减低水位埋深5个最主要的影响因素作为判别因子;接着以桂林市20组岩溶塌陷案例为学习样本进行计算,建立相应的Fisher线性判别函数;然后利用回代估计法对上述20纽样本的预测结果进行逐一检验,其正确率为100％;随后将上述预测结果与前人运用逐步判别、神经网络判别等方法得到的结果进行比较分析,认为Fisher判别分析法具有不需进行模型和参数的选择以及不受人为因素的影响等优点;最后将建立的Fisher线性判别函数用于另外的10组实际案例进行预测分析,预测结果与实际情况完全吻合。结果表明：用Fisher判别分析法进行岩溶塌陷预测,简易方便,正确率高,实用性好;该方法是岩溶塌陷预测的一种新方法。     

基于模糊神经网络的泥石流危险性评价

将T-S模糊系统理论和人工神经网络相结合,利用模糊理论隶属度对模糊性有很强的识别精度,将泥石流危险性指标隶属度作为神经网络的激活函数输入,使用正态分布方法产生训练数据,再利用BP神经网络的误差反向传播对TS模糊系统隶属度函数等的参数进行训练调整,从而建立泥石流危险性评价的模糊神经网络模型。利用建立好的模型对云南东川八条典型泥石流沟的危险性进行评价,获得客观合理的评价结果。与刘希林的灰色聚类法和可拓物元方法的纵向对比和与线性内插产生训练数据方法横向对比表明:使用该方法能较真实地反映实际泥石流沟的危险性等级,证明模糊神经网络理论应用于泥石流危险性评价的有效性和可行性。     

基于T-S模糊神经系统的灰色关联分析方法——以广东省滑坡危险性评价为例

论文在经典灰色关联分析理论的基础上,应用T-S模糊神经系统的模糊系统和模糊逻辑,结合神经网络的自适应性,对灰色关联分析的数据取值以及取值区间进行重新定义和划分。再进行定量归一化,对灰色关联分析方法进行了改进。文中以广东省滑坡危险性评价为例,将改进的灰色关联度分析方法应用于滑坡危险性的评价。通过对影响滑坡危险性评价因素的T-S模糊神经系统分析,对滑坡的危险性评价提供了更科学、合理的依据。     

老旧采煤塌陷区动态监测及其稳定性初步分析

采空塌陷严重影响了人民群众的生命财产安全,准确评价采空区的稳定性,提高预警的时效性,采空塌陷的实时监测至关重要。本文以北京市门头沟区王平镇南港村采空塌陷区为工程背景,建立了以GPS、静力水准、深部测斜、多通道微震监测为主的动态监测系统,实现了多源信息融合技术的采空塌陷区位移场、应力场的全天候监测。基于CAD-Surfer-ANSYS方法建立了采空区三维模型,实现了采空塌陷区监测体系的三维可视化管理,并在监测数据初步分析的基础上,采用数值模拟技术对采空塌陷区稳定性进行了初步分析,为采空塌陷灾害防治提供了技术支持。     

北京西山地面塌陷的形成因素浅析

地下采矿是地面塌陷失决条件，自然重力及其他外界触发因素是其发展动因，地面塌陷受覆岩时代及岩性，采空区尺寸大小，煤层倾角，煤层厚度及开采深度，重复采动，水文条件变化，地形地势和松散盖层的影响。     

厚覆盖层矿山地下开采地表塌陷机制分析

随着矿山开采深度的不断增加,厚覆盖层成为部分深部地下矿山的主要特点。以物探调查、变形监测以及理论分析为手段,对某典型厚覆盖层金属矿山地下开采初期地表塌陷的成因与机制进行了分析。结果表明,厚覆盖层中存在的大面积采空区为地表塌陷变形提供了空间,采空区顶板厚度较小为地面塌陷的发展提供了条件,采空区的存在是地表塌陷的主要原因。地表出现塌陷以后,塌陷范围以塌坑为中心继续向外扩展,受覆盖层内采空区走向,断层和岩层分界面等地质缺陷影响,塌坑向西、向南与向北三个方向上的扩展较向东快得多。降雨会增大塌坑向外扩展的速度,因为地表水的下渗加快了塌坑周围岩土体向塌坑方向的移动和下沉。     

宁东煤炭基地金凤煤矿GPS地面变形监测研究

掌握采空区地面变形规律是科学预防和治理地面塌陷的前提与基础,是煤矿地质环境动态变化的重要监测内容。以宁东煤炭基地金凤煤矿为例,在收集、了解金凤煤矿0110202和011805工作面开采时间、开采深度、开采煤厚、工作面长度、工作面宽度、工作面走向等参数的基础上,建立工作面地表自动化GPS监测点,将工作面开采进程与地面变形时间、空间统一起来,研究工作面地面变形时间和变形量的规律。结果表明,金凤煤矿011202工作面地面变形一般在采后13个月左右进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为16～19个月,最大累积变形量约为3300mm;011805工作面采空区地面变形一般在采后10～11个月进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为13～16个月,最大累积变形量约为2600mm。研究结果为金凤煤矿后续工作面开采地表变形规律及类似开采条件下采空塌陷的预防与治理提供了定量化的依据。     

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。     

急倾斜厚大金属矿山地下开挖岩移发生机理

文章以金川二矿区的岩体移动为例,对急倾斜厚大金属矿山的岩体移动这一重大工程难题进行了探讨。分析了急倾斜金属矿山开挖引起岩体移动的概化传递模式及其地表岩移显现特征。结合数值模拟及GPS监测分析结果,对厚大急倾斜金属矿山岩移发生机理进行研究。结果表明,急倾斜金属矿的厚度对地表岩移的显现特征具明显的影响。当对厚大矿体进行薄层开采时,较大幅度的岩体移动主要发生在采空区顶、底板,开采引起岩体移动的地表显现特征类似于水平矿体的开采;而当采空区的高度大于整个矿体的厚度时,采空区两侧的岩体位移逐渐增大到占主导地位。岩体移动的地表显现特征开始表现为急倾斜矿体开挖的岩体移动特征。     

瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

地下采动下含深大裂隙岩溶山体变形响应特征

为了研究岩溶山区地下采矿活动对上覆岩层及山体的变形影响，依托贵州纳雍普洒“8.28”特大崩滑案例，在现场地质调查的基础上，分析了纳雍普洒“8.28”崩塌体特征和山体变形发展过程，采用UDEC离散元数值方法研究了地下采动作用诱发强烈岩溶山体崩滑失稳过程及变形特征。结果表明:山体上部灰岩溶蚀强烈，形成众多裂隙和岩溶管道，在地下采动作用下经历了较长的变形发展过程；地下采动影响下，山体上覆岩层向采空区方向变形，并随着顶板岩层冒落，岩层变形显著增大；上覆岩层深大裂隙对山体变形有重要影响，上部岩层沿着裂隙向下形成沉降带，同时裂隙也得以扩展；崩塌区前缘岩体由于开挖卸荷，向坡外发生挤出变形，前缘阻滑力降低；随着采空区不断扩大，山体稳定性不断降低，最终山体整体溃屈，发生破坏。普洒崩滑模式为“山体后缘拉裂沉陷—裂隙扩展贯通—整体溃屈”。本研究为开展西南地区地下采动对岩溶坡体稳定性影响评价提供借鉴。     

石膏矿区采空地面塌陷易发性分区与监测预警研究

邳州市邳北石膏矿区采空地面塌陷日益严重,为防治地质灾害,市政府于2016年进行了石膏矿区采空地面塌陷专项地质灾害防治规划。通过分析矿区已有资料、分析已发塌陷点和现场调查,阐述了采空区地面塌陷的特点与危害,并采用模糊综合评判方法对地面塌陷的易发性进行了分区。根据分区结果,结合人员密集程度,提出了区域采空区综合治理和地面塌陷地质灾害防治监测预警的措施和方法,为地质灾害防治工作提供依据。     

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂，地下开采活动频繁，大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律，以贵州普洒崩塌为例，通过相似模型试验，研究采动作用下，坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下，坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大；当开采宽度约为采高的16倍时，地表沉降突增，并伴随裂缝出现；测点越靠近地裂缝，沉降变化率越大，地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域；掘进工作面推进时，采空区上方顶板岩层出现卸荷区域，压应力减小，而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域，压应力增加；采空区上方大于20倍采高范围以外，岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下，对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。