深部開采地表沉陷規(guī)律及預(yù)測方法研究——以徐州礦區(qū)為例.pdf

1、隨著煤炭資源開采向深部延伸,深部開采沉陷規(guī)律及預(yù)測方法成為開采沉陷研究者關(guān)注的熱點,對此進行研究,具有重要的理論和實際意義。本文在現(xiàn)場實測、相似模擬和數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合力學理論,明確了深部開采覆巖和地表移動機理與規(guī)律,構(gòu)建了深部開采地表沉陷預(yù)測方法,為深部開采地表沉陷預(yù)測及建(構(gòu))筑物損害評價提供了技術(shù)方法,主要工作及成果如下:
　　(1)建立了基于遺傳算法的概率積分法參數(shù)反演方法,解決了大采深長周期任意形狀多工作面開采地

2、表移動觀測站概率積分法參數(shù)反演問題。與直接搜索算法相比,該法適用于任意形狀、多工作面概率積分法參數(shù)反演,且計算精度、效率更高。
　　(2)在分析研究現(xiàn)場實測資料基礎(chǔ)上,明確了深部開采覆巖和地表移動機理與規(guī)律:隨著采深的增大,地表下沉具有緩慢、周期長、活躍期不明顯、主要影響角正切增大、開采影響傳播系數(shù)先增大后減小等特點?；谛熘莸V區(qū)實測資料,建立了地表移動參數(shù)、概率積分法參數(shù)與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系式,為深部開采地表移動參數(shù)選擇提供了依

3、據(jù)。
　　(3)針對數(shù)值模擬計算分析中巖體力學參數(shù)難選問題,構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能力學參數(shù)反演方法,該方法采用正交設(shè)計確定合理的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練樣本,建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地表下沉與覆巖力學參數(shù)之間的數(shù)學模型。解決了數(shù)值模擬計算中,覆巖力學參數(shù)選取難的問題,為獲得可靠的數(shù)值模擬結(jié)果提供了依據(jù)。實例證明了該方法的合理性和可靠性。
　　(4)根據(jù)采礦進程,將深部開采歸納為初采為深部開采、傾斜煤層多水平深部開采、多煤層重復(fù)

4、深部開采三種方式。采用相似材料和數(shù)值模擬方法對巖層及地表移動規(guī)律分別進行了研究,獲得了采動程度、煤層傾角、采深、多煤層開采對深部巖層及地表移動的影響機理和規(guī)律:傾斜煤層多水平開采時地表最大下沉值隨著煤層傾角的增大而減小;地表移動邊界角隨著煤層傾角的增大呈線性增大;多個煤層重復(fù)開采時地表下沉率較單一煤層開采增長較多,開采引起的地表移動范圍增大等,這些規(guī)律對于深入認識深部開采覆巖及地表移動機理和規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。
　　(5)在分析基巖和

5、松散層力學特性及移動機理基礎(chǔ)上,將覆巖分為基巖和松散層兩部分,結(jié)合彈性理論,建立了下沉空間的雙介質(zhì)傳遞模型。該模型包括:1)基本頂初次破斷前的四邊固支的彈性薄板模型;2)基本頂初次破斷后的winkler地基上的四邊簡支彈性薄板模型;3)松散層內(nèi)任意形狀不均勻下沉空間的三維擴散模型。研究為大采深開采覆巖及地表移動計算提供了新方法。
　　(6)以概率積分法基本原理為基礎(chǔ),采用直接對開采空間積分的方法,構(gòu)建了任意形狀、變采厚、多工作面開

6、采地表移動變形極大值的計算方法,解決了任意形狀、變采厚、多工作面開采地表移動變形極大值的計算問題。開發(fā)了礦區(qū)開采沉陷預(yù)測分析計算軟件,該軟件集成了概率積分法和沉陷空間的雙介質(zhì)傳遞模型,為深部開采沉陷預(yù)測分析提供了基礎(chǔ)。
　　以薛湖煤礦首采工作面為例,采用所建立的遺傳算法進行松散層內(nèi)移動參數(shù)的反演,取得了良好的效果。以雙介質(zhì)下沉空間傳遞預(yù)測模型進行預(yù)測計算,獲得了地表移動變形的極大值等值線,預(yù)測結(jié)果和實測結(jié)果吻合,表明采用所建立的雙

7、重介質(zhì)預(yù)測模型和方法進行大采深地表移動的計算是可靠的。
　　(7)針對深部開采地表移動緩慢、周期長、采動極不充分、預(yù)測精度低的特點,采用PSO-SVM方法時序?qū)?yōu)的特點,建立了基于PSO-SVM的深部開采沉陷長時序的預(yù)測預(yù)報方法,該方法可建立地表下沉前期觀測數(shù)據(jù)和未來預(yù)報結(jié)果之間的非線性關(guān)系,獲得可靠的長時間序列地表動態(tài)下沉預(yù)報結(jié)果,對深部極不充分開采條件下,長時序地表移動變形預(yù)測預(yù)報,確定地表動態(tài)下沉過程及穩(wěn)沉時間具有實際意義。