老采空区残余移动变形分区研究

通过对废弃老采空区分析,将老采空区分为三种不同类型区:(1)由最大下沉值组成的竖向压缩区;(2)由下沉拐点到最大下沉点组成的不稳定区;(3)由边界点到下沉拐点组成的半稳定区。并对其残余沉降空间进行了分析。根据老采空区特点,提出了残余移动变形等效采厚的概率积分预测方法,对老采空区残余沉降预测方法研究起到推动作用。     

人工神经网络在老采空区残余沉降的应用研究

在分析单一工作面残余沉降影响因素的基础上,通过利用观测站最大下沉速度之后的已有部分观测数据,采用L-M的BP算法,建立了老采空区残余沉降预测模型,并对模型进行对比分析。结果表明：用人工神经网络方法进行老采空区残余沉降预测是可行的,具有积极意义。     

老采空区残余下沉系数的神经网络模型研究

为了验证人工神经网络方法是否可以用于老采空区残余下沉系数的预测,采用L-M BP算法的人工神经网络方法对某矿区的观测站下沉资料进行了残余下沉系数的预测分析,计算出不同观测时间距最大下沉速度时刻之间的下沉系数,以此建立此下沉系数的神经网络预测模型,进而得到残余下沉系数,并与实测得出的进行对比.研究表明:1) 利用已有观测站最大下沉速度之后的观测数据可以解决数据不足的问题.2) 在考虑地质采矿因素的基础上,建立相对与最大下沉速度时刻的下沉系数的神经网络预测模型,以此求取老采空区残余下沉系数.结果表明:用人工神经网络方法进行老采空区残余下沉系数预测是可行的.     

长壁老采空区残余沉降计算方法研究

在深入分析老采空区残余沉降机理的基础上,认为采动破裂岩体空隙是老采空区残余沉降的主要诱因,采用国内外得到的有关破裂岩体应力应变关系及采动破裂岩体高度计算方法,建立了老采空区残余下沉系数计算方法,分析了残余下沉系数与覆岩岩性、开采厚度、开采深度及建筑物载荷的关系。研究表明:①当开采厚度相同时,开采深度越小,残余下沉系数越大,说明后期可能产生的地表残余沉降越大;当开采深度相同时,开采厚度越大,残余下沉系数越小;②在建筑载荷与原岩应力比相同情况下,开采深度越小,下沉系数增加量越大,对老采空区的影响越大。     

老采空区残余沉降的集合卡尔曼滤波预测

采用集合卡尔曼滤波方法,结合老采空区残余沉降的非确定性过程,视矿区变形为一个随机动态系统,研究并建立了老采空区残余沉降的集合卡尔曼滤波预测模型,并通过实例将集合卡尔曼滤波预测值和原始实测数据序列做对比分析。结果表明,集合卡尔曼滤波能够在减弱沉降数据中含有的随机噪声干扰的同时进行有效的数值计算,模型预测效果良好,为老采空区残余沉降预测提供了一种新方法。     

基于改进麻雀搜索算法优化SVR和FLAC3D的开采地表沉降预测

准确地预测矿山地下开采造成的地表沉降一直是矿山安全发展的难题。为了能够提高采空区地表最大下沉量预测的精度，分别利用机器学习和数值模拟的方法预测某磷矿的采空区地表沉陷，并进行对比研究。综合考虑地表最大下沉量的影响因素，参照有关文献对国内矿山相关数据的统计成果，利用探索性因子分析(EFA)实现影响因素降维，用t分布和切线飞行机制改进的麻雀搜索算法(tSSA)优化支持向量回归机(SVR),从而构建采空区地表沉降EFA-tSSA-SVR预测模型，并用该模型和FLAC3D数值模拟模型对某磷矿地下开采所造成的地表沉降进行预测。结果表明，两种模型对一步骤盘区开采后的最大下沉量预测结果相近，与一步骤开采后的实际下沉量做对比，FLAC3D数值模型预测的地表最大下沉量的相对误差是EFA-tSSA-SVR模型的3倍，表明EFA-tSSA-SVR模型预测结果较好。用EFA-tSSA-SVR模型预测该磷矿未来的二、三、四步骤盘区开采后的地表最大下沉量，预测结果分别是为22.3 cm、24.1 cm、25.9 cm。     

地表沉陷预测的改进BP神经网络模型

为了更加准确地预测地表沉陷变形,基于Adaboost算法采用多网络共同计算策略改进了BP神经网络,通过实际沉降数据对Adaboost算法改进后的神经网络进行训练,预测地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,将预测的3个参数代入概率积分法中,建立了地表沉陷公式,对改进效果和地表沉陷公式分别进行了验证。结果表明:(1)通过对比改进前后BP神经网络的计算精度,未经过Adaboost算法改进的BP神经网络误差明显大于改进后的BP神经网络,说明基于Adaboost修正后的BP神经网络计算精度得到了有效提升;(2)基于BP神经网络对最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距3个参数进行预测,结合概率分析法,能够实现稳沉后采空区主断面上方地表沉降规律的准确描述。以鲁西南地区某矿3301采空区地表为例,利用改进BP神经网络预测了地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,进而给出了地表沉陷曲线,与现场实测结果对比显示:改进BP神经网络的最大误差小于0.105 m,最大相对误差为4.3%,证明了所提计算方法的可靠性。     

荷载作用下采空区附加沉降的相似材料模拟研究

通过相似材料模拟实验,研究了不同煤层倾角的采空区在地表新增荷载后,地表和采空区上覆岩层内附加沉降的变化规律。研究表明：地表加载点与采空区的相对位置不同时,加载后地表的附加沉降量有明显不同,靠近采空区边界处的残余沉降量大,倾斜变形大;老采空区的附加沉降近似地随着荷载的增加线性增加,且采空区的附加沉降一般不超过地表最大下沉值的1/3,与采厚的比值小于5%;在相同的荷载作用下,倾斜煤层采空区的附加沉降比水平煤层大,且最大附加沉降值偏向下山方向;采空区上覆岩层下沉值随着岩层距地表深度的增加线性地减小;松散层的再次压实和冒落裂隙带的残余沉降是采空区附加沉降的主要影响因素。     

工作面停采后地表下沉规律研究

随着矿业城市和矿区建设步伐的加快,建设用地紧张的问题日益突出,不可避免地将利用废弃采空区塌陷地进行建筑和兴建各种交通、电力通讯设施。老采空区上方建筑的关键因素是老采空区的残余移动量大小。通过多个矿区地表移动资料的分析得到工作面停采后地表下沉和下沉速度的规律,结合采空区上覆岩体应力应变变化规律,分析了停采后地表下沉速度变化的机理,分别建立不同阶段预计模型对工作面停采后下沉速度和下沉值进行预计,为老采空区残余移动变形预测提供了基础。     

负指数法预计老采空区边界地表移动

负指数法是我国地表移动预计中常用的方法,它可以描述对拐点不对称和对称的下沉曲线。本文对预计老采空区边界的地表移动谈谈几点看法。一、不考虑开采边界的预计精度如图1所示,当忽略开采边界为老采空区时,地表下沉预计公式为: W(x)=W_(cm)exp[-a(C-X/H)~n] (1) 式中a、n、c——负指数预计特定参数; W_(cm)——地表最大下沉值。但由于老采空区活化的影响,覆岩岩     

煤矿采空区建筑场地地基适宜性分析

为了掌握采空区建筑场地的建筑适宜性,基于地震勘察、地质钻探、残余沉降分析等方法的综合运用,结合本地实际经验,探讨了该场地作为建筑用地的可行性,研究了采空区塌陷盆地残余沉降值计算方法.结果表明现研究区场地的残余下沉量最大值约200 mm,未来的地表沉降变形将以残余变形为主,其地表移动变形的活跃期已经结束.本文分析为同类工程场地问题的评价提供了参考.     

基于SBAS-InSAR技术的采空区残余变形规律分析

针对传统测量技术存在观测周期长、人力成本高等问题,以及雷达差分干涉测量技术易受时空失相关、大气相位延迟等影响,本文采用小基线集技术(SBAS-InSAR)对24景Sentinel-1A影像进行时序处理,探讨了SBAS-InSAR技术的可行性,并分析了采空区残余变形的规律。将SBAS处理得到的结果与水准测量获得的累计沉降值进行对比发现,两种方法得到的结果在趋势上完全一致,所有点的平均均方根误差和标准差分别为11.05 mm和20.22 mm。分析研究区域的沉降情况发现,90209工作面沉降最为明显,累计沉降值最大达到32 mm, 90208工作面和90207工作面累计沉降值最大达到13 mm, 90105工作面累计沉降值最大达到8 mm, 9101工作面沉降值接近于0。90209工作面的下沉速率最大达到88 mm/a, 90208工作面的下沉速率最大达到59 mm/a。提取6个沉降较为明显的点进行时序分析,发现90209工作面内点的下沉符合二次相关关系,而90208工作面内点的下沉符合线性关系。研究表明,采空区残余变形的沉降速率在逐渐减小,在开采结束后5 a以上,残余变形接近于0,且发生...     

基于PSInSAR技术的老采空区地表沉降监测研究

为掌握老采空区地表下沉规律,基于11景Radarsat-2影像数据,采用Sta MPS软件的PS方法对峰峰矿区某矿老采空区地表进行形变监测,获得了2015年5月~2016年3月该矿老采空区的地表沉降情况。分析结果表明:老采空区地表下沉速率呈周期性变化规律,总体呈下降趋势,靠近停采线附近下沉量较大,同时还建立了采空区工作面累积下沉与停采时间的关系式,为评价老采空区地表形变研究提供了基础。     

急倾斜煤层老采空区地基稳定性评价

为了保障采空区地表土地高效利用,掌握采空区地基稳定性现状对后期城市规划、确保人民生命财产安全意义重大。以唐山市某煤矿下伏急倾斜煤层老采空区为研究对象,在明确老采空区地质条件、煤层开采情况下,综合采用瞬变电磁法、三维高密度电法探测手段,并在重点区域布设钻探工程加以验证;结合本地实际经验及地质调查成果资料,运用概率积分法计算得出研究区地表残余变形,进而掌握研究区地基整体稳定性。结果表明：(1)研究区内存在多处残留采空空洞,其分布特征与煤层露头分布走向相关性较好;(2)研究区未来地表沉降变形将以残余变形为主,地表最大残余下沉量为300.68 mm,地基稳定性为欠稳定—基本稳定。鉴于采空区分布及地表残余变形计算结果,综合分析认定研究区地基稳定性较差,为保证土地后续安全利用,需采取高效治理措施。该研究方法可为急倾斜煤层老采空区探测及地基稳定性评价提供技术参考。     

邻近采空区影响的地表沉陷概率积分参数反演

为了准确反演受到邻近采空区影响的地表沉陷预计参数,通过分析工作面开采后地表正常下沉规律与邻近采空区残余沉降量的预测方法,将邻近采空区等价成变采高的小工作面开采来进行概率积分法参数反演,提出了邻近采空区影响的地表沉陷概率积分法参数反演方法。利用该方法求取的概率积分参数预计得到的地表下沉曲线与实测曲线比较吻合,为邻近采空区影响的地表概率积分参数反演提供了可行方法。     

某煤矿采空区场地稳定性综合评价

以徐州某煤矿采空区场地为例,采用传统的采空区稳定性评价方法,根据开采方式、终采时间、地表变形特征、采深采厚比、顶板岩性及松散层厚度等因素对场地地基稳定性进行初步分析,并在分析结果的基础上,采用概率积分法对场地残余变形量进行预测。结果表明,目前建设场地下伏采空区的地面沉降活化期已经结束,场地稳定性具有分区性;场地未来的地面沉降变形将以残余变形为主;将场地内残余倾斜值为2~9.6 mm/m、残余曲率值为0.2~0.95 mm/m2、水平变形值为2~3.6 mm/m的地段场地稳定性等级评价为不稳定区(Ⅲ区),其他地段为基本稳定区(Ⅱ区)及稳定区(Ⅰ区),进而为工程建设提出指导建议。     

老采空区残余沉降的离散灰色预测模型

针对老采空区残余沉降序列波动性较大、传统灰色模型预测效果差的不足,建立了残余沉降的多变量离散灰色预测模型(DGM(2,2)),取阶次为2以适应残余沉降的波动变化,选择残余沉降值作为沉陷系统的主行为因子,而将空气、地下水等外界渐变因素对沉陷系统的综合影响作为相关因子,并按等时间影响原则进行量化。通过实例将DGM(2,2)模型的预测结果与6种传统灰色预测模型作对比分析。结果表明:DGM(2,2)预测模型在拟合优度、预测精度和稳定性等方面明显优于传统灰色预测模型,且建模过程避免了微分方程的解算,降低了计算复杂度。     

煤矿废弃老采空区地表残余变形计算

根据一定采深条件下废弃老采空区残余沉降特点,以概率积分模型和开采沉陷的碎块体理论为基础,采用极限沉降预测法进行了老采空区地表的移动和变形计算。计算结果显示,地表潜在的残余移动变形值不大,只要对各建筑物采取适当的抗变形结构措施,是可以保证安全的。     

基于长壁采空区覆岩稳定性的地表残余下沉系数计算方法

为确定地表建(构)筑物荷载作用下长壁采空区地表残余下沉系数,基于长壁采空区覆岩稳定性分析方法,提出了采空区中央和边界两个区域的地表下沉系数确定原则和计算方法.采用概率积分法对荷载作用下长壁采空区地表残余沉陷预测时,地表下沉系数的选取应充分考虑地表荷载大小和作用位置、垮落带岩体的压密,以及裂缝带破断岩体结构的稳定性,按照...     

下伏采空区的寓仁隧道残余变形预测研究

寓仁隧道拟穿越太岳煤矿采空区的上覆岩层区域,该区域属于近水平煤层群,各工作面开停采时间较近且距离相近,不同工作面采空区产生的沉降变形共同影响隧道沿线安全,所以准确预测采空区残余变形对隧道的影响是保障隧道建设及使用安全的关键。本文采用变采厚概率积分法对山西省太岳煤矿不同停采时间的多个采空区在2020年后的残余变形量进行预测,并分析了采空区残余变形对寓仁隧道线路的影响。分析结果表明,新建寓仁隧道线路上的潜在的最大地表沉降量为366 mm,沿隧道方向最大残余水平位移为112 mm,垂直隧道方向最大残余水平位移为27 mm,最大残余倾斜变形为1.98 mm/m,最大残余曲率变形为0.033 mm/m2,均出现在隧道起点附近位置;新建寓仁隧道残余沉降量等变形量和工作面停采时间有一定相关性,停采时间越短变形数值越大,因此隧道长期稳定性受2205工作面影响较大;通过分析倾斜和曲率等参数,认为隧道有南北侧向坡度倾斜趋势及轴线受拉开裂或压缩隆起的复合变形。本计算结果可为隧道穿越采空区提供场地变形预测作为参考。