煤礦開采上覆巖層移動機理(編輯修改稿)
2025-01-19 16:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 表 2 移動角取值一覽表 夾角 ξ [π/4,π/4] [π/4, 3π/4] 或 [5π/4,7π/4] [3π/4,5π/4] 參數(shù)取值 上山移動角 走向移動角 下山移動角 4 工程實例驗證 某礦煤層底板等線如圖示。根據(jù)原始的煤層板等高線，首先，利用地理信息系統(tǒng)，采集煤層產(chǎn)狀的基礎(chǔ)信息；其次，運用最小二乘法擬合出工作面的曲面方程，并驗算擬合精度；第三，把擬合出的曲面方程的基礎(chǔ)參數(shù)代入己設(shè)計好的程序中，按照概率積分法進行計算；第四，利用地理息信系統(tǒng)的后處理軟件做出各種剖面圖及平面圖，并與實測的數(shù)據(jù)進行比較。為了敘述方便，把曲面擬合技術(shù)預(yù)計方法稱為方法一，把分段等傾角預(yù)計方法稱為方法二。 擬合曲線與煤層底板等高線對照圖 離散數(shù)據(jù)的采集 在曲面擬合中，擬合的區(qū)域越小曲面的空間形態(tài)越簡單，越容易得到較為精確的空間曲面方程。所以，按照各工作面煤層底板的空間形態(tài)進行擬合精度要遠遠大于按整體擬合精度。因此，按照 220 2202205采集的數(shù)據(jù)分別擬合出曲面方程。 曲面擬合結(jié)果 ?2201曲面方程： z= 105xy++ ?2203曲面方程： z=+ 105+ ?2205曲面方程： z=+ 106+ 擬合精度驗證 ??????????????????????nlllnllllzzzzC1212)()(1?式中 C— 擬合精度； Zl— 地理系統(tǒng)上采集的高程值， m； — 曲面方程計算的理論值， m； ?— 理論計算的均值， m； Zn— 采集的數(shù)據(jù)個數(shù)； （ 14） 擬合精度驗證 通常擬合精度 C為 60%~70%時，式（ 6）能夠揭示空間趨勢。根據(jù)式（ 14）計算 2201工作面的煤層底板曲面方程擬合精度為： %； 2203擬合精度為： %； 2203擬合精度為： %。 兩種預(yù)計結(jié)果與實測對比 ? 根據(jù)觀測結(jié)果與兩種預(yù)計方法結(jié)果相比較，兩種方法預(yù)計值較實測值為大，但曲面擬合方法較為真實的反映了煤層的真實產(chǎn)狀，所以，在理論上預(yù)計值更接近真實值。以 A2觀測線上觀測數(shù)據(jù)為例，下沉值：方法一的方差為 ，標準方差為 ；方法二的方差為 ，標準方差為 。水平移動：方法一的方差為72034，標準方差為 ；方法二的方差為973450，標準方差為 。方法一明顯優(yōu)于方法二。 兩種方法預(yù)計下沉值對照圖 A2觀測線方向兩種預(yù)計水平移動值對照圖 A2觀測線剖面下沉觀測值與兩種預(yù)計值對照圖 A2觀測線剖面水平移動值與兩種預(yù)計值對照圖 5 存在的問題及建議 ① 曲面擬合法預(yù)計地表移動變形，關(guān)鍵在于擬合出的煤層底板等高線的精度，如果擬合精度過低，方法一的預(yù)計準確性有可能還小于方法二的預(yù)計精度。所以，首先要保證煤層底板的擬合精度。建議如果煤層底板空間形態(tài)過于復(fù)雜，通過提高擬合方程的次數(shù)仍不能滿足擬合精度大于 60%的要求時，可采用分段等傾角方法。 ② 在該工程實例中曲面擬合方法較分段等傾角方法預(yù)計準確。 ③ 在同一礦區(qū)中，如果有己測定的開采影響傳播角與煤層傾角的關(guān)系，公式 12可按經(jīng)驗公式在程序中設(shè)計。 三、覆巖內(nèi)移動變形預(yù)計 在地下開采中，需開掘許多構(gòu)筑物（諸如煤倉、機電硐室、巷道等），這些構(gòu)筑物受到開采的影響，不同程度的產(chǎn)生移動變形，變形大的會影響構(gòu)筑物的安全使用。在以前的工程中，判別開采對巖體內(nèi)硐室群的影響，構(gòu)筑物是否安全，往往采用以下三種方法：①測應(yīng)力法；②概率積分法；③數(shù)值模擬法。第一種方法由于測試手段、測量儀器和復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，誤差較大，而且所布測點有限，限止了該方法在現(xiàn)場的使用；第二種運用概率積分法，借助計算機，可進行大量的計算，但該種方法只是定量的給出某點的變形值，并不能從力學(xué)的角度給出某點應(yīng)變狀態(tài)是否己達破壞；第三種判定法，大型的計算軟件有 FLAC3D、ANSYS等，這種方法建模復(fù)雜，而且只能在小范圍精確計算，不能進大范圍開采計算。 1 六個應(yīng)變分量的求取 在覆巖研究區(qū)域內(nèi)任意一點，割取一個微小的平行六面體，它的六面垂直于坐標軸。根據(jù)剪應(yīng)變互等定理，在六個面上存在六個獨立的應(yīng)變分量： εx、 εy、 εz、 γxy、 γxz、 γyz。 εx、 εy應(yīng)變分量求取 式中 wmax— 地表充分下沉盆地的最大下沉值； m— 計算塊段數(shù)目； l— 計算開采任意條塊的拐點數(shù)； bi— 第 i開采段水平移動系數(shù)。 r(z)— 巖體內(nèi)主要影響半徑； Rk— 拐點處極軸長； ??????lkkkimiix QPbCzrw11max )()(? εx、 εy應(yīng)變分量求取 qk—拐點處極坐標的夾角； s— 極坐標半徑與巖體內(nèi)主要影響半徑的比值； c— 采深、巖性系數(shù)； ti— 第 i塊段開采時間； ? ? ????????? 1 )(2kkqqkk dqzrRFP dqzrRFQ kkqqkk ??????????? 1)(3222 )( sessF ?? ?? 22 23 1 ss esse ?? ? ?? ??? icti eC ??? 1 εz變形量的求取 在以往的工程實踐中，按照概率積分法只能精確給出下沉、 X方向和 Y方向的水平移動和變形等計算公式，而不能精確給出 εz、 γxy、 γxz、 γyz的數(shù)學(xué)計算公式，在這里運用四個變形量的物理含意，按照差商方
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