地表移動參數(shù)規(guī)律-研究——以五溝煤礦1013首采工作面為例

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1、安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文目前難以采用理論方法準(zhǔn)確地預(yù)測，必須借助實測資料綜合分析，采用數(shù)理統(tǒng)計方法尋求地表移動參數(shù)與地質(zhì)采礦條件之間的關(guān)系，以便找出不同地質(zhì)采礦條件下參數(shù)變化規(guī)律，為礦區(qū)生產(chǎn)和建設(shè)服務(wù)。因此本文研究的意義如下：1．為礦區(qū)建筑物下開采提供較準(zhǔn)確的地表移動預(yù)測方法和參數(shù)，指導(dǎo)礦區(qū)建筑物下壓煤開采。2．為礦區(qū)合理留設(shè)各類保安煤柱提供依據(jù)，減少不必要的壓煤損失和工農(nóng)糾紛，緩和工農(nóng)矛盾。3．為采區(qū)及工作面的合理布局，保證生產(chǎn)正常接續(xù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。特別是近年來，由于礦區(qū)建設(shè)的發(fā)展，建筑物下壓煤問題日益突出，要想避開村莊布置工作面十

2、分困難。在新村址難選的條件下，合理布置工作面，保證礦井生產(chǎn)，暫緩村莊搬遷十分重要。1．2國內(nèi)外研究歷史、現(xiàn)狀1．2．1國外研究歷史與現(xiàn)狀地下開采引起的巖層及地表移動是一復(fù)雜的時空過程，由于巖體介質(zhì)的復(fù)雜性，開采方法的多樣性，復(fù)雜巖體及地表移動預(yù)測尚難以采用理論方法解決，即使建立的理論，也需要實測數(shù)據(jù)確定參數(shù)。為此，世界各國均在不同礦區(qū)建立了大量的地表移動觀測站，取得了大量的實測數(shù)據(jù)，以根據(jù)礦區(qū)實測結(jié)果建立不同的預(yù)測方法和預(yù)測參數(shù)體系，指導(dǎo)本礦區(qū)的開采實踐。由此對開采沉陷學(xué)的研究也日益變得重要。開采沉陷對人類的生產(chǎn)、生活影響較突出的和較

3、早被人們認(rèn)識的應(yīng)該算是地表移動和地下水的流失。地表移動可能導(dǎo)致財產(chǎn)損失、人員傷亡和一些不可預(yù)期的災(zāi)害，例如高速公路、鐵路的斷裂、傾斜、扭曲變形，隧道的塌陷以及山體滑坡或?qū)е滤畮焖w的滲漏流失，河流的決堤。十九世紀(jì)以前人類的開采活動規(guī)模較小，完全沒有必要考慮開采建筑物、鐵路和水體下的礦藏，因而不存在或很少有開采沉陷問題。十九世紀(jì)末至今，隨著能源需求量的增加，礦區(qū)開采范圍逐步擴大，“三下”采礦問題被提到采礦的議事日程，如何最大限度地開采地下礦藏，同時又能有效地保護目標(biāo)，成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題。到20世紀(jì)60年代形成了獨立的學(xué)科。其發(fā)展大致

4、有兩個階段：第一階段為19世紀(jì)末到第二次世界大戰(zhàn)期間為初始階段。采礦業(yè)剛剛涉及到“三下”開采問題，人們依據(jù)實測資料提出地表下沉的經(jīng)驗公式。第l章緒論1947年，前蘇聯(lián)學(xué)者阿維爾辛應(yīng)用塑性理論和經(jīng)驗方法提出了下沉剖面方程呈指數(shù)函數(shù)形式，并提出了水平移動與地面傾斜成正比的著名觀點，這一觀點己被許多資料證實。1950年以后，波蘭學(xué)者克諾特(Knothe)提出了幾何理論，布德雷克解決了克諾特(Knothe)提出下沉盆地中的水平移動和水平變形問題，這一理論現(xiàn)被稱為布德雷克和克諾特理論【3】，其高斯型的影響曲線對近水平煤層的下沉描述十分成功。另一

5、波蘭學(xué)者李特維尼申(Litwiniszyn)在1954年對巖層移動計算進行了深入研究[41。他把開采沉陷過程視為一個隨機過程，提出了開采沉陷的隨機介質(zhì)理論。20世紀(jì)60年代初，英國學(xué)者貝里(Berry)和Wales根據(jù)彈性理論討論了均質(zhì)巖層平面和橫觀各向同性平面以及三維條件下的地表移動表達式。在此期間英國大量研究和發(fā)展了應(yīng)用典型曲線計算地表移動變形的方法。美國學(xué)者薩拉蒙(Salamaon)(1960)對地表移動也有一些研究，他幾乎與Berry同時期研究彈性理論求解地表移動。第二階段為第二次世界大戰(zhàn)到現(xiàn)在為迅速發(fā)展階段。隨著計算機技術(shù)的

6、發(fā)展解決了很多復(fù)雜繁重的計算問題，使理論和實踐結(jié)合有了銜接的契機，人們將經(jīng)典理論的算法編成計算機程序，使得過去難于計算的問題成為可能。有限元、邊界元、離散元等三種數(shù)值方法均在開采沉陷中得到廣泛的應(yīng)用，開采沉陷計算正在向著自動化、智能化、可視化的方向發(fā)展，計算結(jié)果能以各種圖形方式給出、直觀可視。1．2．2我國研究歷史與現(xiàn)狀我國是在解放后才開始涉足這個領(lǐng)域的。峰峰礦區(qū)從五十年代末、六十年代初設(shè)立地表移動觀測站，共計建立了四十余個各種不同類型的觀測站，1981年底峰峰礦務(wù)局與中國礦業(yè)大學(xué)合作對觀測資料進行了全面分析，建立了各種角量參數(shù)與地質(zhì)

7、采礦條件之關(guān)系，形成了參數(shù)預(yù)測體系，并提出了采動過程中地表任意點、任意時刻下沉速度和下沉預(yù)測方法。這些參數(shù)和地表移動預(yù)測方法的建立，為指導(dǎo)我國其它礦區(qū)的“三下”采煤中發(fā)揮了巨大的作用。1991年，原東煤礦區(qū)生產(chǎn)部地測處組織完成了《東煤礦區(qū)地表與巖層移動觀測資料綜合分析報告》，共分析了365個不同類型的觀測站(線)，根據(jù)上覆巖性的不同，將觀測資料分為三類，獲得了不同地質(zhì)采礦條件下，地表移動預(yù)測參數(shù)和預(yù)測方法，建立了各種參數(shù)與地質(zhì)采礦條件之關(guān)系。另外，棗莊礦區(qū)、開灤礦區(qū)、平頂山礦區(qū)、淮北礦區(qū)、徐州礦區(qū)、淮南礦區(qū)、陽泉礦區(qū)、皖北礦區(qū)等相繼在

8、實測資料分析的基礎(chǔ)上，建安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文立了相應(yīng)的預(yù)測方法和預(yù)測參數(shù)體系，這些在指導(dǎo)礦區(qū)“三下’’采煤中發(fā)揮了巨大的作用，其經(jīng)濟和社會效益是巨大的【5】【61。由于地質(zhì)采礦條件的復(fù)雜性，地表移動變形規(guī)律受地質(zhì)采礦