采用传统测量方法获取山区采动地表移动变形数据,其外业工作量大,且难以获取实时动态的监测数据。随着测量仪器和测量技术的快速发展,测量机器人和近景摄影测量技术在变形监测中已得到了广泛应用。文中结合两种方法的优点,探索一种适用于山区采动地表移动变形监测新方法。通过新方法的测量精度分析、监测站设计以及变形监测方案设计,从而确定了该方法的可行性。采用新方法可获取高精度的山区动态开采地表移动变形离散数据和面状数据,为研究山区采动移动变形规律提供科学的依据。

针对彬长矿区开采煤层覆岩上段厚黄土层、厚洛河组砂岩的特殊条件,在亭南煤矿进行了地表移动观测。观测数据分析表明,洛河组砂岩对地表移动变形起着控制作用,在极不充分开采条件下,地表移动很小,下沉率仅为0.046,地表变形微弱,不会对地表建筑设施造成损坏;在接近充分采动条件下,地表移动增幅较大,变形明显,下沉率达到0.22,但远未达到最大下沉值;非充分采动沉陷范围与充分采动基本一致,黄土层的移动角大小取决于黄土层厚度和坡度。

覆岩及地表移动规律研究是合理留设保护煤柱,进行压煤开采合理设计的重要依据。通过地表钻孔冲洗液漏失量实测及设置地表移动观测站,研究了下沟煤矿巨厚白垩系砂岩含水层下综放开采的导水裂缝带发育高度及地表移动特点。研究结果表明:下沟煤矿导水裂缝带高度介于111.8～125.8m;同时由于洛河砂岩、宜君砾岩的存在,对地表岩层移动变形起到了一定的控制作用,而且开采充分度的影响使得地表移动变形值呈现较小的特点。

为了研究矸石充填开采在不同充实率条件下的地表移动变形规律,采用FLAC3D数值模拟软件建立某矿区不同充填强度下的矸石充填开采数值计算模型,分析不同的充实率对地表沉陷的影响规律,并在此基础上结合等价采高理论对比分析了薄煤层垮落法开采与矸石充填开采地表移动结果,得出两者地表最大移动量的差值随充实率的变化特征,研究表明:矸石充填开采充实率越高,地表沉陷的控制效果越好,地表移动与变形极值均随充实率的增加而呈线性减小;基于等价采高的矸石充填开采预计是偏于保守和安全的,且随着充实率的增大,等效薄煤层与充填开采地表移动极值逐步接近,相对偏差逐渐减小。

为建立地表移动的概率积分法计算参数与地质采矿条件之间的数学关系,以我国主要矿区的大量地表移动观测站实测数据为原始数据,采用逐步回归的方法建立了开采沉陷概率积分法参数与地质采矿条件之间的统计回归公式。采用中误差和威尔莫特一致性指数(WIA,Willmott’sIndex of Agreement)对回归公式的精度及预测能力进行评定,计算结果表明所建立的回归公式误差较小,各参数回归公式均具有较好的泛化性能。为进一步验证所建立的回归公式的正确性,以4个测试样本数据进行计算,计算结果与实测结果吻合。最后,以淮北某矿地表移动实测数据为例,计算结果表明采用统计规律所计算的概率积分法参数进行开采沉陷预计计算可以得到与实测相符的地表移动变形数据。研究成果为缺少实测资料矿区进行开采沉陷预测确定概率积分法参数提供了科学依据。

基于MATLAB山区地表移动变形规律分析.pdf