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开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统

金属矿山 2022年第3期51卷 165-170页

作者：李世保王磊滕超群李靖宇李忠黄金中安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001

针对矿山开采沉陷地表移动变形数据处理量大、预计参数求取不稳定等不足,在借鉴和总结不同计算机语言开发系统优缺点的基础上,利用C#编程语言,结合Word和CAD开发出开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统。该系统集成了数据管理、移... 详细信息

针对矿山开采沉陷地表移动变形数据处理量大、预计参数求取不稳定等不足,在借鉴和总结不同计算机语言开发系统优缺点的基础上,利用C#编程语言,结合Word和CAD开发出开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统。该系统集成了数据管理、移动变形计算、输出报表以及契合CAD的移动变形曲线绘制功能,并构建了基于人工鱼群算法(Artificial Fish School Algorithm,AFSA)的Logistic单点沉陷预测模型。将该系统应用于顾桥矿1414(1)工作面,试验结果表明:①系统兼容性强、操作简便,提高了开采沉陷地表移动变形数据处理的准确性和效率,可将下沉、斜率、曲率、水平移动、水平变形曲线和相应的煤层按一定的比例在CAD软件上成图,便于从图中求取地表移动盆地各角量、距离参数以及任意点的对应值,克服了传统方法只能查看、无法定量分析的不足;②结合实测下沉数据,将基于AFSA的Logistic单点预测沉陷模型进行了应用,选取的2点绝对误差最大值分别为143.6 mm、132 mm,拟合中误差分别为65.6 mm、55.8 mm,求取参数的拟合效果符合工程应用要求。

关键词：开采沉陷地表移动变形数据处理 C#开发预计模型

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开采沉陷监测数据处理的分段卡尔曼滤波模型

矿业科学学报 2021年第4期6卷 371-378页

作者：郝登程王国瑞李培现沈佳琦曹禹锡杨中辉中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

为解决长周期、高频率的GNSS煤矿开采沉陷监测数据受外界环境影响大、干扰噪声高、可靠性低的问题,采用卡尔曼滤波对开采沉陷GNSS监测数据进行分段滤波处理。首先采用回归分析方法将监测数据分割为开始阶段-活跃阶段-衰退阶段三部分。... 详细信息

为解决长周期、高频率的GNSS煤矿开采沉陷监测数据受外界环境影响大、干扰噪声高、可靠性低的问题,采用卡尔曼滤波对开采沉陷GNSS监测数据进行分段滤波处理。首先采用回归分析方法将监测数据分割为开始阶段-活跃阶段-衰退阶段三部分。开始阶段、衰退阶段下沉较为稳定,以标准卡尔曼滤波模型对沉陷数据进行滤波处理;活跃阶段沉陷变化快,通过构建加入修正数的卡尔曼滤波模型对沉陷数据进行处理。采用Python语言建立滤波程序对宁夏某矿5年沉降监测数据计算分析结果显示,对不同阶段采用不同的卡尔曼滤波结果与实测过程曲线吻合,滤波效果良好。加入修正数的卡尔曼滤波模型可以有效地处理沉陷变化大的矿区监测数据,减少数据波动对沉陷结果的影响,提高监测数据的可靠性。研究成果为长周期、高频率的沉陷监测数据处理提供了科学依据。

关键词：卡尔曼滤波开采沉陷变形监测 GNSS Python

开采沉陷动态预计的分段Knothe时间函数模型优化

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岩土力学 2017年第2期38卷 541-548,556页

作者：张兵崔希民中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 石家庄学院资源与环境科学学院河北石家庄050035 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

针对分段Knothe时间函数在理论上存在的不足,为了扩展其应用范围,改善其在地表动态下沉预计时的精度,通过理论分析和对比研究,对该时间函数存在的理论缺陷进行了深入探讨,并针对存在的问题提出了相应的改进方法,进而构建了一种新的、适... 详细信息

针对分段Knothe时间函数在理论上存在的不足,为了扩展其应用范围,改善其在地表动态下沉预计时的精度,通过理论分析和对比研究,对该时间函数存在的理论缺陷进行了深入探讨,并针对存在的问题提出了相应的改进方法,进而构建了一种新的、适用范围更广、预测精度更高的分段Knothe时间函数模型。研究结果表明:该模型的构建解决了原时间函数在分段点处函数值与理论值不一致的问题以及原时间函数值最终不能收敛于1的问题;新的函数模型在应用上也摆脱了原模型对预计参数选取的某些特殊限制,扩展了利用该模型在不同地质采矿条件下进行动态预计的适用性。通过对实测数据的对比预测,证明采用该时间函数模型进行预测的精度比采用原时间函数进行预测的精度有所提高,并且地表下沉的终态预计值在达到最大下沉值后不会再随着下沉时间的增加而改变。

关键词：开采沉陷动态预计 Knothe时间函数分段时间函数模型优化

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开采沉陷中不同断层活化模式研究

煤炭学报 2019年第9期44卷 2777-2786页

作者：于秋鸽张华兴邓伟男张玉军张刚艳煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为“断层面产生离层空间”、“煤柱压缩”两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进... 详细信息

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为“断层面产生离层空间”、“煤柱压缩”两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制“断层面产生离层空间”模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制“煤柱压缩”模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。

关键词：开采沉陷断层活化模式断层面离层空间煤柱压缩主要影响角超前支承压力

开采沉陷控制下回采面充填与停采方案合理性研究

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煤炭技术 2022年第3期41卷 63-67页

作者：吴晓伟李森林朱油雷晋能控股煤业集团永定庄煤业有限责任公司山西大同037000 核工业井巷建设集团有限公司浙江湖州313000 贵州发耳煤业有限公司贵州六盘水553017

针对如何解放"三下"呆滞煤炭资源、控制地表沉陷问题。以同煤某矿工业广场开采回采面充填与停采方案下沉陷控制为工程背景,应用开采沉陷理论,得出回采面开采宽度、充填宽度及停采保护煤柱宽度三者协调关系与其对地表沉陷影响规律,并对... 详细信息

针对如何解放"三下"呆滞煤炭资源、控制地表沉陷问题。以同煤某矿工业广场开采回采面充填与停采方案下沉陷控制为工程背景,应用开采沉陷理论,得出回采面开采宽度、充填宽度及停采保护煤柱宽度三者协调关系与其对地表沉陷影响规律,并对地表移动、变形的大小、范围以及对地面建筑物的危害程度进行评估。结果表明:回采面开采宽度、充填宽度和停采后煤柱留设宽度共同决定了开采沉陷规律,对比局部充填方案和全部充填方案,得出局部充填方案即可以实现开采沉陷控制,形成停采煤柱与充填开采协调控制地面沉陷技术体系,在开采沉陷影响达标情况下,其经济更合理,且完善和发展了开采沉陷控制理论和技术。

关键词：开采沉陷充填开采停采保护煤柱合理性研究

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开采沉陷动态预测模型

煤炭学报 2015年第3期40卷 516-521页

作者：王军保刘新荣刘小军西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 重庆大学土木工程学院重庆400045

为了准确预测地下开采引起的地表沉陷,针对Knothe时间函数模型的不足,借鉴岩石流变力学中非定常流变模型的建模思路,假定Knothe时间函数中的时间影响系数不是固定不变的常量,而是与时间有关的变量,从而对Knothe时间函数模型进行了改进... 详细信息

为了准确预测地下开采引起的地表沉陷,针对Knothe时间函数模型的不足,借鉴岩石流变力学中非定常流变模型的建模思路,假定Knothe时间函数中的时间影响系数不是固定不变的常量,而是与时间有关的变量,从而对Knothe时间函数模型进行了改进。在此基础上,提出了一种新的地表下沉盆地模型,并将该模型与改进的Knothe时间函数模型相结合,建立了一种新的开采沉陷动态预测模型。利用实测资料对模型的合理性进行了验证,结果表明:该模型能够描述开采沉陷随时间的动态发育过程,且预测曲线和实测数据吻合良好,说明模型具有一定的适用性。

关键词：开采沉陷改进的Knothe时间函数下沉盆地动态预测

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开采沉陷对河流扰动分析与积水区预测

开采沉陷对河流扰动分析与积水区预测

作者：翟志宇中国矿业大学

学位级别：硕士

开采沉陷会对矿区的自然资源造成破坏,其中水文方面的扰动尤为严重。之前对塌陷区河流扰动的研究仅仅是定性研究;对矿区积水区的预测使用地形与潜水面相减的方法,这种方法并不适用于坡度较大的中西部矿区。针对以上不足,结合马泰壕矿区... 详细信息

开采沉陷会对矿区的自然资源造成破坏,其中水文方面的扰动尤为严重。之前对塌陷区河流扰动的研究仅仅是定性研究;对矿区积水区的预测使用地形与潜水面相减的方法,这种方法并不适用于坡度较大的中西部矿区。针对以上不足,结合马泰壕矿区实例,得到了以下结论和成果:（1）对于有充分补给的河流,分析得出沉陷对河水水位无影响。使用在河段上作一系列高程横剖面的方法,结合水位进行分析,研究表明:当河道位置的沉陷量小于河水水位与河岸之间的高差时,河水没有溢出河床,此时可以认为河流受扰动较轻。当河水溢出河床时,依据地形与沉陷盆地的位置可以分为不同的扰动形式:若河流位于沉陷盆地中心,河水两侧溢出会造成河道拓宽;若河流位于沉陷盆地边缘,可能会出现河流侧溢、河道分流或者河流改道。分别给出了这些情况下受到扰动后河流范围的提取方法。（2）根据少量点位插值得到的潜水面模型精度较低,无法满足矿区积水区预测要求。依据地形控制论,拟合出潜水位与地形之间的线性关系,以此建立潜水面模型。根据地形、沉陷和潜水分析得出四种不同的潜水冒出情况:潜水无冒出;潜水冒出且地形平缓;潜水冒出且地形较陡;潜水冒出且地形过陡或沉陷较轻。其中第二和第三种情况下会形成积水区。经过分析,得出坡度较大的矿区潜水冒出范围不可以等同于积水区的结论。参考数字化水文分析中汇流、集水区和出水口等相关概念,根据沉陷盆地地形,给出了确定积水最大水深和积水范围的方法。（3）实例分析马泰壕矿区内的河流扰动和积水区范围。根据首采区沉陷监测反推出矿区沉陷参数,并将矿区沉陷预计分为六个阶段,预计各阶段地表沉陷。对于每一个阶段,分别分析沉陷对木独石犁河的扰动情况与矿区内积水的范围,并对河流与积水区的动态演化过程进行分析。随着开采的进行,木独石犁河受扰动程度逐渐加大,其中上游受扰动较为严重,而沉陷区边界、保护煤柱与下游位置受扰动较轻。矿区内第一阶段无积水,随着开采的进行,积水面积与深度逐渐增加,第六阶段积水面积约3 km~2,达到矿区的3.71%,最大积水深度达到5.85m。需要进行提前治理。

关键词：开采沉陷河流扰动积水区

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时序双极化SAR开采沉陷区土壤水分估计

遥感学报 2018年第3期22卷 521-534页

作者：马威陈登魁杨娜马超河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454000 河南理工大学矿山空间信息国家测绘与地理信息局重点实验室焦作454000

开采沉陷地质灾害诱发矿区生态环境恶化的关键因子是土壤水分变化。研究提出了一种利用Sentinel-1A双极化SAR和OLI地表反射率数据联合反演土壤含水量的方法,即基于归一化水体指数(NDWI)反演植被含水量;采用Water-Cloud Model(WCM)模型... 详细信息

开采沉陷地质灾害诱发矿区生态环境恶化的关键因子是土壤水分变化。研究提出了一种利用Sentinel-1A双极化SAR和OLI地表反射率数据联合反演土壤含水量的方法,即基于归一化水体指数(NDWI)反演植被含水量;采用Water-Cloud Model(WCM)模型消除植被对Sentinel-1A后向散射系数产生的影响,将其转化为裸土区的后向散射系数;利用基于AIEM模型和Oh模型建立的经验模型反演研究区地表参数,并用OLI光学反演结果进行验证;最后比较了开采沉陷区内外土壤水分含量。研究表明:(1)与基于OLI的土壤水分监测指数(SMMI)的土壤水分含量反演结果相比,两种极化方式中VH极化反演的水分结果具有更好的一致性,且两种极化方式反演结果也表明荒漠化草原区比黄土丘陵沟壑区反演效果更好,说明地形对后向散射的影响不可忽略。(2)在2016年内72期数据中,VH极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有41期,所占比例为57%;VV极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有36期,所占比例为50%,且不同矿区内的沉陷区受到的影响不同。说明开采沉陷造成的地表粗糙度的增加会对地表土壤水分产生负面影响,但不同矿区之间又有差异。

关键词：极化雷达土壤水分合成孔径雷达干涉测量开采沉陷时间序列

基于SBAS-InSAR的矿区全盆地开采沉陷求参方法研究

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煤炭科学技术 2021年第1期49卷 312-318页

作者：谭志祥杨嘉威邓喀中中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高,且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效,从而获得更高精度的概率积分预计参数,以内蒙古某矿区为例,先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据... 详细信息

传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高,且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效,从而获得更高精度的概率积分预计参数,以内蒙古某矿区为例,先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据,获得2017年9月至2018年7月间的全矿区地表时序形变情况,再结合改进步长的果蝇优化算法实现地表全盆地3 723个点的共同求参。结果显示,工作面开采导致的地表最大沉降量为201 mm,与实测数据相比,其绝对误差的平均值为3.00 mm,相对误差的平均值为9%。研究结果表明:SBAS-InSAR技术与传统手段相比,对于监测矿区工作面开采引起的地表全盆地沉陷具有较大优势;此外,采用改进步长的果蝇优化算法能将全盆地开采沉陷结果用于概率积分预计参数的求取,得到一组效果良好的参数;获得的研究区域最优概率积分预计参数为:下沉系数q=0.33,主要影响角正切tan β=1.83,拐点偏移距s=0.045H(H为采深),开采影响传播角θ0=89°。研究成果为今后矿区地表的开采沉陷监测与概率积分预计参数确定提供了科学依据。

关键词：开采沉陷弱胶结岩层小基线集果蝇优化算法概率积分法