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近断层煤层开采的采空区地震动力响应及其对地表的影响

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矿业研究与开发 2024年第2期44卷 96-102页

作者：王少坤吕义清陈燕太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西省勘察设计研究院有限公司山西太原030013

为研究近断层煤层采空区地震动力响应及其对地表的影响规律,以山西炉峪口煤矿为工程背景,基于工程波动理论,运用MIDAS GTS NX有限元软件并结合地质环境条件建立三维数值模型,对自由场地和近断层煤层开采场地采用非线性时程分析方法,计... 详细信息

为研究近断层煤层采空区地震动力响应及其对地表的影响规律,以山西炉峪口煤矿为工程背景,基于工程波动理论,运用MIDAS GTS NX有限元软件并结合地质环境条件建立三维数值模型,对自由场地和近断层煤层开采场地采用非线性时程分析方法,计算分析其加速度响应规律、位移变化规律和塑性区分布情况。研究结果表明:在剪切地震波作用下,采空区的存在会减小其上方水平加速度峰值,改变了地表动力反应特性;采空区与断层之间会在极短时间内产生裂隙贯通,裂隙的扩张导致采空区跨落会持续加重,造成地表变形;相比自由场地,开采后下盘出露地表岩层沿软弱层面迅速产生裂隙贯通,其位移响应更大,会引起地表崩塌、滑坡等地质灾害。研究结果可以为煤矿地震动力灾害的科学防治提供一定参考依据。

关键词：近断层煤层采空区地震动力响应数值模拟

基于SABS-InSAR的保德矿区地表形变监测与分析

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科学技术与工程 2024年第3期24卷 941-951页

作者：樊昱初吕义清杨娜太原理工大学矿业工程学院太原030024 航天宏图信息技术股份有限公司北京100094

煤炭开采是保德县的主导产业,长期高强度的矿产资源开发导致矿区内地表发生了不同程度的形变,地质灾害频发,对进一步采矿作业造成了极大的安全隐患,破坏了当地的生态环境。为了进一步探究矿区地表变形的时空分布变化规律以及地表形变的... 详细信息

煤炭开采是保德县的主导产业,长期高强度的矿产资源开发导致矿区内地表发生了不同程度的形变,地质灾害频发,对进一步采矿作业造成了极大的安全隐患,破坏了当地的生态环境。为了进一步探究矿区地表变形的时空分布变化规律以及地表形变的驱动因素,利用SBAS-InSAR技术对覆盖研究区的32景Sentinel-1A影像数据进行处理,得到了保德矿区2020-06-24—2022-09-13期间的地表形变信息。在监测时间段内,研究区整体以沉降为主,形成多处由中心向四周发展的漏斗状下沉区域,主形变区内形变量与时间大致呈线性关系。依据计算得到的形变结果将保德矿区划分为6个重点研究区,以5号重点研究区中的泰安煤矿为例,通过分析其工作面的采掘工程,得出以下结论:①煤矿地表并未达到稳定状态。②发生地表形变的区域与工作面空间分布相吻合。③作为矿区形变的主要驱动因素,随着采矿工程的推进,主形变区域的范围和沉降速率将会进一步增大。研究区内的地质构造和地层岩性对研究区整体形变的趋势和范围起到一定的控制作用,断层两侧上盘、下盘的相对运动以及不同区域地表的可压缩层厚度差异均对地面的形变速率有一定的影响。通过叠加对比重点监测点累积形变量与区域降水量信息,得出研究区地表形变与降水也有一定的相关性,且降水对地下井工开采和露天开采的地表影响结果有所不同。

关键词： SBAS-InSAR 保德矿区地表形变形变特征驱动因素

重复开采条件下不同工作面布置方式对开采沉陷的影响

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 60-66页

作者：段进睿吕义清葛若鑫太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西省地质工程勘察院有限公司山西太原030024

随着深部煤炭的开发,重复开采所引起的地表沉陷严重影响着矿区的生态地质环境。为了研究重复开采条件下,工作面布置方式对开采沉陷的影响,选取山西某煤矿为研究对象,结合研究区地质环境条件,采用MIDAS GTS/NX建立三维地质模型,进行数值... 详细信息

随着深部煤炭的开发,重复开采所引起的地表沉陷严重影响着矿区的生态地质环境。为了研究重复开采条件下,工作面布置方式对开采沉陷的影响,选取山西某煤矿为研究对象,结合研究区地质环境条件,采用MIDAS GTS/NX建立三维地质模型,进行数值模拟分析,对比采动过程中各模型地表下沉值及覆岩应力应变特征,分析不同工作面布置方式下地下开采空间转化为地表下沉的转化量,总结其对开采沉陷的影响规律。结果表明:工作面垂向平行布置相较于垂向垂直布置,开采沉陷引起的地表下沉值较小;重复开采过程中,一方面,工作面垂向平行布置形成的地下开采空间小于垂向垂直布置;另一方面,工作面垂向平行布置对“应力拱”的扰动小于垂向垂直布置。因此,工作面垂向平行布置时,可以有效减少地下开采空间转化为地表下沉,降低开采沉陷造成的影响,在工况允许的条件下,应尽量采用垂向工作面平行布置,以减轻重复开采引起的地表下沉。

关键词：煤重复开采工作面布置开采沉陷 MIDAS

基于统计方法耦合地理探测器的地质灾害易发性评价——以吕梁山区为例

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水土保持通报 2024年第1期44卷 193-205页

作者：高星星马鹏斐吕义清赵金亮何海龙太原理工大学矿业工程学院山西太原030000 山西冶金岩土工程勘察有限公司山西太原030000

[目的]以山西省吕梁市吕梁山区的离石、石楼、柳林三区(县)为例研究高精度地质灾害易发性评价模型,为该地区区域规划提供辅助决策支持。[方法]基于地理信息系统,以区域内525个历史灾害点及500个非灾害点为样本,选取19个地灾影响因素,应... 详细信息

[目的]以山西省吕梁市吕梁山区的离石、石楼、柳林三区(县)为例研究高精度地质灾害易发性评价模型,为该地区区域规划提供辅助决策支持。[方法]基于地理信息系统,以区域内525个历史灾害点及500个非灾害点为样本,选取19个地灾影响因素,应用地理探测器(geographic detectors,GD)判断各因素的相对重要性,在JupyterNotebook平台展开相关性检验并筛选指标因子,以信息量模型(information method,IM)为基础,利用灾害点计算其所提供的信息量的同时结合非灾害点提供信息量得到指标因子改进信息量模型(improved information method,IIM),并借助地理探测器空间分异性q值计算权重。利用综合确定性系数法(certainty factor,CF)分别建立GD-IIM,GD-IM,GD-CF,IM,CF,IIM共6大评价体系,采用自然断点分类法将研究区易发性依次划分为5,4,3个等级,以种子细胞面积指数(seed cell area index,SCAI)验证其分区结果准确性,采用ROC曲线对比模型结果精确度。[结果]经SCAI检验将各模型分为极低、低、高、极高4个等级,满足合理性要求,GD-IIM模型的灾易发性评价成功率、预测率分别为90.5%,85.5%,精度较高。[结论]双变量统计方法耦合地理探测器在构建研究区的易发性评价预测模型中表现出较为准确的结果。考虑非灾害点信息量进行模型构建比IM单一考虑灾害点信息量模型精度有所提升,适宜研究区的模型构建。

关键词：信息量模型确定性系数法地理探测器 SCAI ROC曲线易发性

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导水裂隙带发育高度预测模型对比研究

煤炭科学技术 2023年第3期51卷 190-200页

作者：寻博辉吕义清姚星太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 广州南方智能技术有限公司广东广州510663

为了提高导水断裂带发育高度预测的准确性,通过收集以往地质采矿条件相似地区导高实测数据,综合分析取采高、埋深、倾角及工作面斜长4个因素作为算法模型的导高主要影响因子,利用工程探测、机器学习和数值模拟相结合的方法,对采矿覆岩... 详细信息

为了提高导水断裂带发育高度预测的准确性,通过收集以往地质采矿条件相似地区导高实测数据,综合分析取采高、埋深、倾角及工作面斜长4个因素作为算法模型的导高主要影响因子,利用工程探测、机器学习和数值模拟相结合的方法,对采矿覆岩导水断裂的发育特征进行分析研究。通过钻孔试验以及数控摄像技术对浅埋煤层综采条件下的导水断裂带发育高度进行实测;通过构建基于自适应粒子群算法优化最小二乘支持向量机回归算法(APSO-LSSVR)和UDEC数值模拟的导高预测模型,结合实测导高数据确定华宁煤矿覆岩破坏高度计算方法。结果表明:研究区实测导水断裂带发育高度处于60.3~90.6 m;基于APSO-LSSVR算法的导高模型的预测结果与真实值的拟合优度为94.79%,均方根误差为1.6523,预测的准确性较高,将其应用到研究区不同工作面导水断裂带高度的预测中,该模型与实测数据相比平均相对误差为1.36%,相较于传统UDEC数值模拟预测方法,其准确性相对提高了9.03%。可以看出经自适应粒子群算法优化后的支持向量机模型对于数据特征较小的数据集合处理性能较高,能够较好反映导水断裂的发育情况,可满足实际开采需求;将基于APSO-LSSVR的导水断裂带发育高度预测模型应用于研究区待开采的22109、22110工作面,得出22109工作面导水裂隙带为62.7 m,22110工作面导水裂隙带为67.3 m。

关键词：导水断裂带主控因素支持向量机数值模拟高度预测

煤矿开采诱发的地质灾害特征分析——以太原西山矿区为例

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地球科学进展 2004年第S1期19卷 254-257页

作者：吕义清太原理工大学山西太原030024

以太原西山矿区为例,介绍了因煤矿开采造成的各种地质灾害,分析了各种煤矿地质灾害的形成特点、煤矿地质灾害的特点以及煤矿地质灾害的环境效应,为煤矿地质灾害的研究及治理提供依据。

关键词：采煤地质灾害太原西山矿区

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山区采煤地质灾害特征及经济分析

生产力研究 2006年第8期 107-108页

作者：张永国吕义清忻州师范学院山西忻州034000 太原理工大学山西太原030024

文章以山西省为例,介绍了崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及地裂缝等山区采煤地质灾害情况,通过对地质灾害的群发性、衍生性、区域性以及影响多样性等分析,提出了地质灾害防治的对策建议。

关键词：山区地质灾害特征

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双软弱夹层岩质滑坡的滑动模式及变形规律

煤炭学报 2019年第10期44卷 3031-3040页

作者：龙建辉任杰曾凡桂吕义清太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 深圳市勘察研究院有限公司广东深圳518000

顺层岩质滑坡具有分布广,破坏性强,滑动机理复杂等特点,其滑动主要受软弱夹层的控制。在自然界中,顺层岩质滑坡往往受到双层或多软弱夹层的影响与控制。针对此特点,通过对山西吕梁山一带的顺层岩质滑坡发育特征与破坏规律进行总结,建立... 详细信息

顺层岩质滑坡具有分布广,破坏性强,滑动机理复杂等特点,其滑动主要受软弱夹层的控制。在自然界中,顺层岩质滑坡往往受到双层或多软弱夹层的影响与控制。针对此特点,通过对山西吕梁山一带的顺层岩质滑坡发育特征与破坏规律进行总结,建立两种含双软弱夹层顺层岩质滑坡计算模型,基于极限平衡法,考虑软弱夹层的抗剪强度在滑坡不同发育阶段的强度衰减,分析发现滑坡在不同的力学判定条件下会以不同的模式发生滑动,且不同模式下滑坡的启滑机理是不同的,模式一为上层软弱夹层软化而引起的,启滑时,上层岩层首先失稳,而下层岩层暂时保持稳定;模式二滑坡的启滑是由于下层软弱夹层软化而引起的,失稳破坏的形式是整体失稳。另外,基于FLAC^3D数值模拟,分析了双软弱夹层顺层岩质滑坡的破坏变形规律。结果表明:由上层软弱夹层控制的滑坡滑动变形时,软弱夹层会在前缘发生切层现象,在中部与后缘滑坡会沿上覆岩层与软弱夹层的接触面滑动;由下层软弱夹层控制的滑坡滑动变形中,在前缘断面上层软弱夹层处会发生不连续性变化;在由上下软弱夹层共同控制下的顺层岩质滑坡中,当上层软弱夹层首先软化启滑,下层软弱夹层的软化会导致滑坡上下岩层发生分离滑动;当下层软弱夹层首先软化启滑,上层软弱夹层的软化对滑坡的整体滑动影响并不显著。

关键词：软弱夹层顺层岩质滑坡滑动模式破坏变形规律

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太原市煤炭资源承载力评价

中国矿业 2018年第B6期27卷 62-65页

作者：李敏吕义清太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤炭资源承载力是指在一可预见时期内,在当时的科学技术、自然环境和社会经济条件下,煤炭资源对区域社会经济发展的支撑能力。本文针对太原市煤炭资源的丰富性和重要性,构建了煤炭资源承载力评价体系,划分了指标评价标准,运用了基于集... 详细信息

煤炭资源承载力是指在一可预见时期内,在当时的科学技术、自然环境和社会经济条件下,煤炭资源对区域社会经济发展的支撑能力。本文针对太原市煤炭资源的丰富性和重要性,构建了煤炭资源承载力评价体系,划分了指标评价标准,运用了基于集对分析和熵权赋值的煤炭资源承载力评价方法,并对近几年的太原市煤炭资源承载力进行评价。结果表明,煤炭资源承载力的变化与太原市矿业发展以及矿业政策的变化是息息相关的,虽然近几年太原市煤炭资源承载力大小有所波动,但太原市煤炭资源对太原市社会经济发展仍有较强的贡献力。

关键词：煤炭资源集对分析承载力太原市