地表变形观测

地表变形观测（精选8篇）

地表变形观测 篇1

一、概述

露天矿边坡及排土场稳定、井工开采沉陷影响一直是矿山企业安全管理的主要内容, 尤其是平朔矿区实行露天井工联合开采后, 井下工程、露天边帮、排土场相互交织在一起, 棉涤设施、自然构造与人工回填并存 (如:安家岭1号井工矿上部是安家岭露天煤矿上窑排土场、北部是安家岭露天煤矿南边帮、南部有11KV变电站及供电线路等;安家岭2号井工矿安太堡露天矿南寺沟排土场, 北部、西部为安太堡露天矿矿坑南边坡和东边坡, 南部为安家岭露天煤矿矿坑北部边帮) , 在露天矿进行开采的同时, 井工矿进行地下开采, 将形成极为复杂的叠加次生应力场和扰动, 这种情况在世界上尚无先例, 为了保证矿山的安全生产, 建立矿区地表变形观测站 (网) , 通过对监测数据科学分析, 总结出适合平朔矿区的露天与井工联采这一特殊条件下边坡和形变参数及规律, 服务于后期的采矿工程优化设计, 具有非常重要的意义。

二、地表移动观测站的布设方法

1、参数的确定

由于本区缺少地表移动观测资料, 计算参数只能依据岩性进行对比分析确定, 依据钻孔岩性分析属中硬偏软岩层, 依据《“三下采煤”规程》及我国放顶煤开采的地表移动观测成果, 选取的地表移动计算参数如下:

下沉系数:η=0.85 (重复采动取0.95)

主要影响角正切:tan β=2.2 (重复采动取2.0)

水平移动系数:b=0.3

开采影响传播角:θ0=90°- 0.4α

岩体内部传播系数:n=0.7

移动角参数也同样可依据中硬岩性确定。

走向移动角:δ=70°～75°

上山移动角:γ=70°～75°

下山移动角:β=δ- (0.6～0.7) α,

松散层移动角:φ=45°

α—煤层倾角,

2、测线长度

为取得移动边界角量参数, 观测线的长度应超过移动盆地边界一段距离, 以便确定移动盆地的边缘。依据所选取的角量参数可确定如下。

①倾向线长度

倾斜方向的影响距离以上、下山移动角和松散层移动角确定。具体方法是:自采区的上、下山边界分别以γ-△γ和β-△β画线与基岩和松散层接触面相交, 再从交点以φ角画线交于地表, 上、下山影响距离可分别用公式计算:

L下山=hc·tg φ+ (H1-h) ctg (β-△β)

L上山=hc·tg φ+ (H2-h) ctg (γ-△γ)

式中:

h—松散层厚度;

φ—松散层移动角;

β—下山移动角;

γ—上山移动角;

β—上山移动角的修正值;

γ—下山移动角的修正值。

②走向线长度

走向方向的影响距离用下式计算:

L走向=hc·tg φ+ (H0-h) ctg (δ-△δ)

式中:

H0—回采工作面平均开采深度;

δ—走向移动角;

δ—走向移动角的修正值。

影响距离计算中所使用的倾斜煤层下山移动角的修正值 根据《测量规程》取17°, 煤层上山和走向移动角的修正值△γ、△δ一般取20°, 松散层移动角不加修正值。

依据上窑区9001工作面的地质采矿条件, 确定观测线的长度:

(1) 9001工作面切眼侧观测线 (1号延长线) 为走向线:

L走向=70ctg45°+ (205-70) ctg (70°-20°)

=183.3 (m)

L延长=3×50 (控制点长) +183.3 (走向影响长) +250 (9000工作面长) +250 (9001工作面长) =833.3m=833.3m

测线长700m, 35个工作测点, 点间距20m。

(2) 9001工作面停采线侧观测线 (6号线) 为上山观测线:

L上山=20ctg45°+ (225-20) ctg (70°-20°)

=192.0 (m)

L6=3×50 (控制点长) +192.0 (上山影响长) +200 (工作面上方长) =542m取555m, 3个控制点, 点间距50m, 27个工作测点, 点间距15m。

(3) 排土场1375m平台倾斜观测线 (7号线) 为走向观测线:

L7=3×50 (控制点长) +183.3 (走向影响长) +160 (S4103工作面半长加3个工作测点) =493.3m

3个控制点, 点间距50m, 17个工作测点, 点间距20m。

3、观测线布设

①测线位置

观测站共布置2条走向线、1条倾向线, 测线总长1735m, 分别布置于9001工作面开切眼侧和停采线侧、排土场1375m平台。在900l工作面开切眼侧位置的走向线 (1号延长线) 为垂直于工作面的半剖面线, 测线总长度为833m;在9001工作面停采线侧的倾向线 (2号线) 为半剖面线, 与开采工作面推进方向垂直, 观测线长度555m (工作面停采线外侧355m) , 1375m平台走向线 (7号线) 沿排土场台阶布置 (布置在1375m高度的台阶处) , 测线长度493m。

②点间距

具体点位设计如下:900l工作面开切眼侧走向测线点间距为20m, 布置35个工作测点, 利用原有控制点3个, 点间距50m, 工作测点5个;9001工作面停采线侧倾向线布置27个点, 点间距为15m, 控制点3个, 点间距50m, 设置在铁路线附近;S4103工作面走向线 (1375m排土场平台) , 点间距20m, 布置17个工作测点, 控制点3个, 点间距50m, 设置在测线外端。

三、结论

通过对地表变形观测站 (网) 的定期监测, 最终将取得以下成果:

①浅埋深厚煤层放顶煤开采条件下的地表移动计算参数;

②符合本区域地质采矿条件的各移动角参数;

③浅埋深厚煤层放顶煤开采的地表移动与变形规律;

④浅埋深放顶煤开采的地表沉降速度及影响时间;

⑤井工开采对边坡的影响程度。

摘要：以综采工作面9001工作面影响区域为例, 介绍了平朔公司矿区地表移动与变形观测站的建立方法, 为研究变形规律及参数提供了可靠的基础数据。

关键词：地表移动与变形,变形参数,观测站

地表变形观测 篇2

关键词：煤矿开采 测量 地表变形 坐标

中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-01

1 地下煤矿开采引起地表变形的原因及作用机理

1.1 由水平面变形而引起的破坏

地表的收缩和拉伸就是指水平变形。由于拉伸的力量太大，并且超过了建筑物自身抵押拉伸里的范围，那么拉伸的破坏性最大，就算在较小的地表拉伸一下都可能导致建筑物产生裂缝。一般最容易在门窗或是洞口的部位产生裂缝，那里是建筑物最薄弱的地方。用砖砌起的建筑物最容易产生水平裂缝，纵向围墙和横向围墙会将门洞挤成菱形，或是导致屋顶鼓起。建筑物破坏的程度往往与它本身的建筑结构、材料、形状和质量有着重要关系。其中最主要的原因来自于建筑物的平面尺寸和刚度。地表的变形将会对建筑物的基础产生水平附加力。

1.2 当地表开始竖向变形的时候，会对建筑物基础产生不均匀的支反力，由此产生附加剪力和附加弯矩，所产生的附加作用力会对建筑物产生直接的影响

通常情况下，在地表移动以后在稳定下沉的建筑物，在进行开采的过程中，还将继续受到地表动态变形的影响，因为拉伸力的缘故，当工作面离开建筑物的时间距离超过一定值的时候，建筑物又可恢复原状。

1.3 移动角度和范围

在地表变形的理论中，移动角是最重要的角参数值。移动角在岩土工程施工中是指在移动盆地主要断裂面上临界变形值的采空区和点之间的连线与水平线之间的夹角。通过数据模拟的结果得出，由于开采煤层的数目和开采的中断不同，岩层的性质也不一样，当然移动角也就不一样了。如果矿区上面存在松散的岩层时，也会有松散层移动角。在数值模拟以前，应先采用精确的公式去验算和比较，确定岩层移动角的数值。

2 地下煤矿开采引起的地表变形的数值分析

目前世界上最先进的数值模拟法是FLAC原理，它的基本原理与离散元相似，但FLAC原理所应用的节点位置移动连续的条件，能够对连续的介质进行大变形分析，非常适合模拟地应力的生成、边坡及锚索设置等等。

假设采用动态的测量方法：在矿山工程中，采矿本身就是一个非常复杂的力学过程。它包含着很多的不确定因素，这些因素都对其产生着影响。由于数值模拟的结果通常都仅仅是作为评价应用。所以在模拟的过程中，不要刻意的去寻求力学模型与原本结构的关系精密程度，其建立的力学模型不要太过复杂，只要能够具体的反映岩石体的最基本力学特征和开采的基本过程就可以了。

（1）对矿岩性质的假设：假设矿岩为各个均质和同性的库伦弹塑模型。

（2）对计算模型进行假设：对地下矿产开采是一个空间的问题，应该运用三维空间的计算模式。但通常情况，在同样的情况下，二维数值的模拟结果与三维模拟的结果很相近，所以，计算简化模型时常采用二维平面模型。

（3）简化煤层的结构：为了模拟起来更方便，对巷道工程的每一煤层的开挖步数等部会考虑。

3 煤矿开采后所引发的地表变形动态测量方法

为了满足《煤矿测量规程》里的相关规定，在每次对煤矿的观察测量结束后，应对其观测结果进行反复的检查，然后进行计算，以保证观测结果的正确性。做完上述工作就可以开始计算各线与点之间移动的变形量，主要包括：各测量点的水平移动与下沉位置，相邻两侧点之间的倾斜的水平变形和相邻两线的曲率变形，以及观测点的下沉速度等等。要观测点某一时刻的下沉，应该该时刻所观测到的测高点与首次所观测到的测高点相算得出高程之差。测试某一时刻的水平移动，则应该由该时刻所观测到的测点坐标和首次观测到的测点坐标的变化量相分析和分解之后就能得到相关数据。

要获得水平距离的比例，得在计算两测点的水平变形時刻，考虑到测点所移动的方向，相邻两测点之间的曲率变形，再有其相邻两线段的倾斜之差与两线段的水平距离相比较。测点的下沉速度，由前后两次观测的数据相比较获得。沿着主断面方向往上移动和变形的正负号人为规定是：指向上山的与走向方向的水平移动、倾向上山方向的和走向方向倾斜的并上凸的曲率、拉伸就变形为正号。其余的变形或移动均为负号。下沉动态的曲线一般情况是依靠采动程度，运用下沉动态的分布系数所表示的。如果用公式来表示时，对沿走向主断面的表示可以写成：

或者是

4 建立倾斜和动态曲线

由于我国是一个矿产资源较为丰富的国家，所以，经过多年的开采经验，对煤矿地表移动规律的研究以及取得了很大的进步，并且建立了概率计分法、负指数函数法等以典型曲线为基础的地表变形计算方法体系。而积分格网法、威布尔分布法、皮尔森函数法等计算法也都适用于我国的实际开采情况。以下是两个常用的建立倾斜曲率动态曲线的公式：

（1）倾斜的动态曲线，可以用倾斜的动态分布系数所表示，应该从该矿观测站整理的成功得知，两点间地表倾斜为：

（2）当下沉的曲线用动态曲线表示的时候，沿走向主断面的时候，应该为：

5 结语

地表变形的原因主要来自于井下的开采情况，覆盖岩的特征对其也有一定的影响，因此在选择流变参数的时候应该具体的体现地下的开采状况已经岩层的构成特点等因素，促使进一步增强流变参数的可靠性和真实性。所以，动态测量方法在研究地下开采应力场和位移场的时候具有较大的优势。

参考文献

[1]叶积龙，许存胜，任万英，等.煤矿开采引发地表变形的动态测量方法探析[J].煤炭技术，2011，30（10）：259-261.

[2]张勇.动态测量方法在煤矿开采引发地表变形的应用探析[J].科技信息，2011（26）：287.

矿区地表移动观测站的建立与观测 篇3

地表与岩石移动的研究方法主要有观测法、模拟法和材料模型法等。而主要的方法则是观测法,就是在受开采影响的地表范围内,设置专门的地表移动观测站,通过观测取得大量信息资料,在对这些资料综合分析的基础上,找出各种因素对地表和岩层移动的影响规律,把这些规律用以解决实际问题。岩层与地表移动是一个复杂的过程,受到诸多地质、采矿因素的影响。为通过实地观测找到其移动的规律,按一定要求在开采影响范围内的地表、岩层内部或其他研究对象上设置一系列相互联系的观测点。定期观测这些点的位置及其变化情况,从而找到地表和岩层移动的规律。

1 地表移动观测站的设计

1.1 设计需要收集的资料

设计地表移动观测站前,要具备以下信息资料:(1)设站地区的井上、井下对照图和开采计划图,有利于确定观测地区井下开采和地面位置的对应关系;(2)设站地区的地质和水文资料,如地形地质图、岩层柱状图、煤层赋存条件、覆岩的物理力学性质和水文地质条件等;(3)设站地区的回采工作面设计资料,如巷道布置、开采方法、顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间及其周围开采情况等;(4)设站地区的井上、井下测量资料,如控制点、导线点、水准点的坐标和高程等;(5)矿区要备有地表移动资料,如移动角、最大下沉角和松散层移动角等有关参数,如果设站矿区还没有或缺乏上述参数,可选用地质采矿条件相似的相关参数。

1.2 观测站的设计方法

地表移动观测站一般采用剖面线(通常为直线)状与煤层走向垂直或平行。如果受地面建筑物等设施的限制,也可设计成折线或其他形状。为了研究整个移动盆地则需布置成网状观测站。应以线状观测站说明观测线的位置和长度的确定方法。

(1)倾斜观测线位置及其长度的确定。倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上,若回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m(H0为平均开采深度),也可设置两条倾斜观测线,但至少应相距50m,且应距开切眼或停采线0.7倍的采深以上。

(2)走向观测线位置及其长度的确定。走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。当工作面的倾斜宽大于0.9H0时,可只设半条走向观测线。走向观测线的位置是在倾斜主断面上确定的。

(3)测点数目及其密度。每条观测线两端都应设置观测站控制点,且每端不得少于两个。如因条件限制,也可只在观测线的一端设置控制点,但不得少于3个。相邻控制点的间距应大于45m。控制点应布设在观测线的工作长度外,不应该受相邻采区或工作面开采的影响。在每条观测线的工作长度之间应布设观测点,观测点的密度一般取决于开采深度。

2 地表移动观测站的观测

2.1 地表移动观测的内容

地表移动观测站观测的主要内容是:定期、重复测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化情况。可分为观测站的连接测量、全面观测、单独进行的水准测量、地表破坏的测定和编录。

2.1.1 连接测量。连接测量是按照矿区控制网测定出某个测站

控制点的平面位置和高程,再根据该控制点来测定其他观测点和控制点的位置,以便确定观测线与回采工作面间的相互位置关系。连接测量应在工作面开采之前、测站点埋设好10-15天以后进行。

连接测量中测定第一个控制点和观测线交点的位置时应按近井点的测量要求进行。其余控制点的平面位置采用一级导线的观测方法测定,高程连测要高于三等水准测量的精度要求进行。

2.1.2 全面观测。全面观测包括采动前的全面观测和采动后的

全面观测。在连接测量之后,设站地区未受采动影响之前,要对工作测点进行两次全面观测,以确定工作测点在地表移动前的位置。当地表下沉达到50-100mm时,应进行采动后的第一次全面观测;在地表受采动影响稳定后,需进行最后一次全面观测,以确定移动稳定后各工作测点的空间位置。除此之外,还需在地表移动的活跃期(即缓倾斜和倾斜煤层地表每月下沉值大于50mm,急倾斜煤层地表每月下沉值大于30mm)进行不少于四次的全面观测,并适当加密水准测量。

全面观测的内容主要包括测定各工作测点的高程、丈量两相邻工作测点间的距离和测量各测点偏离观测线方向的距离(又称支距)。工作测点和控制点的离程测量应组成水准网,按三等水准测量的要求进行;各测点间的距离须用比长过的钢尺沿观测线往、返丈量,经过改正后的往返测量边长的互差,在边长小于15m时,应小于2mm,当边长大于15m时,不得大于3mm,或采用光电测距仪按四等光电测距边的要求进行。各测点离观测线的支距,应用经纬仪正、倒镜观测或照准另一端控制点后,以一个镜位读数两次取平均值。当经纬仪至所测支距点的距离超过150m时,应在观测线方向上两个测回标定临时测站,再由临时测站测量其他各点的支距值。在最初两次测量同一点的高程相差小于10mm,支距相差也应小于30mm,同一边长相差小于4mm时,可取真平均值作为原始观测数据。

2.1.3 日常观测工作。日常观测工作是指在地表移动的初始期

和衰退期之间适当增加的水准测量工作。进行日常观测工作所间隔的时间,可根据开采深度、回采工作面的推进速度和顶板岩性等具体条件而定,一般每隔1-3个月测量一次。测量时可采用单程附合水准路线或往返支水准路线,按四等水准测量的要求进行。

此外,还要测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素,注明发现日期。在每次观测时,还应实测回采工作面的位置、煤层厚度、采高,并记录采矿地质和水文地质情况。

2.2 观测成果的整理与分析

每次观测工作结束后,首先应检查外业记录手簿,保证外业成果无误,然后再进行内业整理工作。观测成果的整理包括计算和绘图两部分。观测成果的计算是根据外业成果首先算出各观测点的高程及相邻点间的水平距离在观测线方向上的投影长度,然后再按测线计算各种移动与变形值。

摘要：本文主要阐述了地表移动观测站的设计需要收集的资料和观测站的设计方法等问题,分析了地表移动观测站的观测内容及观测成果的整理等问题。

地表变形观测 篇4

1煤层及采面概况

鹤煤公司二矿开采煤层为二叠系山西组二1煤层, 倾角11.5°, 煤厚平均7.80 m。该煤柱工作面地面标高+174.2～+185.1 m, 平均+179.7 m, 煤层底板等高线标高-223.0～-295.0 m, 平均-259.0 m, 埋藏深度平均438.7 m。

待采煤柱工作面地面位于鹤壁北铁路编组西北侧, 鹤壁北站到四矿、九矿矿区铁路线、安全牵出线正下方, 鹤汤公路南侧, 工作面上部有鹤壁集乡东街村民房及鹤煤公司汽车运输队居民区等地面建筑。

井下位于3206、3208工作面 (已开采) 南侧, 3203、3209工作面 (已开采) 北侧, 3202工作面 (已开采) 东侧, F100边界断层西侧。该煤柱分2个工作面开采, 其中:3208煤柱工作面平均走向长195 m, 平均倾斜长103.6 m;3203煤柱工作面平均走向长305 m, 平均倾斜长103.6 m;3203煤柱工作面平均走向长305 m, 平均倾斜长65.5 m。该煤柱平均面积40 310 m2 (斜面积41 136 m2) , 部分区段前期已开采顶分层, 剩余煤厚平均为5.85 m, 块段储量37.7万t, 采出率按80%考虑, 预计可采出煤炭30.2万t。

2地表沉陷预计

采取宽条带工作面网下或全层放顶煤开采方法进行开采, 该条件下对地表移动进行沉陷预测。

(1) 地表累计最大下沉值。

Wfn=m×q×cosα=1.2 m

式中, q为下沉系数, 取0.26;m为煤层采出厚度, 取4.7 m;α为煤层倾角, 取11.5°。

实测最大下沉值0.892 m, 因地表移动延续时间尚未结束, 可基本确定预计与实际误差不大。

(2) 开采垮落带高度。

Hm=m/ (k-1) cosα=24.0 m

式中, k为垮落岩石碎胀系数, 取1.2。

(3) 地表最大下沉速度。

Vfn=K×C×Wfm/H0=3.50 mm/d

式中, K为下沉速度系数, 取1.6;C为工作面推进速度, 取0.8 m/d:Wfm为工作面地表最大下沉值, 取1.2 m;H0为工作面平均开采深度, 取438.7 m。

实测最大下沉速度为3.46 mm/d, 预计与实际基本吻合。

(4) 最大曲率计算。

K0=R1×m/H1=1.05 m

式中, R1为主要影响半径, 即最大下沉点到下沉10 mm点之间的距离, 取98.0 m;m为煤层法向采出厚度, 取4.7 m;H1为平均采深, 取438.7 m。

实测最大曲率1.02 m, 预计与实际基本吻合。

(5) 地表移动延续时间。

T=2.5× H0=1 097 d

根据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定:①下沉10 mm为移动期开始的时间。②连续6个月下沉值不超过30 mm时, 可认为地表移动期结束。③在移动过程中的延续时间内, 地表下沉速度大于50 mm/月 (1.7 mm/d, 煤层倾角小于45°) 的时间称为活跃时期, 从地表移动期开始到活跃期开始的阶段称为初始期, 从活跃期结束到移动期的结束阶段称为衰退期。

3煤柱开采地表移动沉陷观测

3.1沉陷范围的确定

根据铁路下开采的规程规定, 结合该矿煤层赋存条件、岩层移动规律及受采动影响的铁路的状态, 计算地表移动沉陷范围为371 986 m2, 范围内大部分为耕地, 部分民用建筑 (均于前期赔偿) , 影响铁路线长度394.6 m。

3.2施测方案

依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》及其他有关规程规定, 对开采影响地表设立沉陷观测站, 共布点18组, 每组2个点, 分别位于铁路轨面及相应路基、固定参照物上, 两者间距均大于3 m, 保证固定点不致因起垫路基及维修线路而受损坏, 在影响范围外107.4 m处地表稳定处设原始外引点, 制定观测方案, 并对其主要事项进行详细规定。

(1) 布站原则及保护措施。

按照理论与实际相结合的原则合理布点, 铁路线及路基、固定参照物布置的点位要用白漆进行标注, 每隔3个月 (雨季2个月) 描标1次。

(2) 观测方法及精度要求。

用S3水准仪往返观测。采前的水准测量按三等水准测量要求进行, 移动期间和采后的水准测量按四等水准测量的要求进行。

(3) 观测时间的确定。

采前观测确定为工作面形成回采条件起采前1个月进行。地表移动初始、衰退期3个月观测1次, 地表移动活跃期2个月观测1次, 地表移动下沉速度大于预计平均下沉速度时, 适当加密观测间隔时间。

3.3资料整理及计算

(1) 野外现场观测手簿的检查。

每次现场观测后应及时进行检查, 如果发现粗差或超限, 应立即进行重测, 直至全部数据符合要求为止。

(2) 各点高程计算及各种图纸填绘。

先根据整理好的原始数据计算各点高程, 然后进行平差, 把平差后的高程值填入计算表格, 进而确定移动变形量和下沉量以及下沉速度。最后填绘各种地表变形观测图纸, 并及时填绘移动变形曲线图, 方可清楚地反映出移动变形趋势。

4地表移动变形分析

(1) 地表下沉影响。

3205 (南) 工作面 (位于铁路北侧170 m) 于2003年7月30日停采, 该工作面平均采深472 m, 地表移动延续时间按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》公式计算应为1 180 d, 即2003年9月30日—2006年12月10日为其地表移动延续时间。

3207 (南) 工作面 (位于铁路东北侧208 m) 于2004年3月16日停采, 该工作面平均采深487 m, 按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》公式计算地表移动延续时间为1 218 d, 即2004年5月16日—2007年7月28日为其地表移动延续时间, 铁路基本处于两停采工作面末期影响盆地边缘部位。

3208煤柱工作面于2004年7月26日开始开采, 2005年4月8日停采。始采时期3205 (南) 和3207 (南) 停采工作面处于地表活跃期间, 致使地表变形观测初期铁路的局部产生变形, 并且两停采工作面的东部观测点变形较为明显, 其主要因素为两停采工作面与3208煤柱工作面产生地表移动交叉重复, 使地表移动变形时间提前并使地表移动延续周期延长。

3203煤柱工作面于2005年4月10日开始回采, 2005年12月24日停采。

(2) 地表移动变形严重 (剧烈活动) 区域的确定。

在地表移动活跃期内地表变形对铁路产生了较大的影响, 但这一时期的地表移动并不均匀, 综合分析实测数据, 剧烈活动区域位于2#—9#点193.4 m之间, 移动盆地中心位于6#点, 该点位于3203煤柱工作面采动边缘部位, 因下一步将要开采的北站煤柱条带工作面距此仅50余m, 将产生重复影响, 所以该段仍是今后应密切监测部位。

(3) 地表累计最大下沉值确定。

预计地表累计最大下沉值1.200 m, 目前最大下沉值0.892 m, 因地表移动延续时间尚未结束, 可基本确定预计值与实测值误差不大。

(4) 地表最大下沉速度确定。

预计值最大下沉速度3.50 mm/d, 实测最大下沉速度为3.46 mm/d, 预计值与实测值基本吻合。

(5) 最大曲率的确定。

预计最大曲率1.05 m, 实测最大曲率1.25 m, 预计值与实测值基本吻合。

5结语

在实施铁路下压煤开采前, 由于进行了认真分析、论证, 制定了较为严密的技术措施及地表移动观测方案, 并在开采期间严格按照方案进行沉陷监测。在开采期间, 保证了铁路安全行车, 同时采出煤炭33.6万t, 采出率89.0%, 创造了较好的经济及社会效益。

摘要：铁路下采煤可以提高煤炭资源采出率, 但地表沉陷对铁路有一定的影响。对鹤煤公司二矿矿区专用铁路下压煤开采期间地表移动进行了沉陷观测, 对地表的移动变形进行了系统分析, 有效指导了铁路下压煤开采。在实现安全回采的同时, 保证了铁路安全行车。

地表变形观测 篇5

关键词：简易观测站,全站仪,地表移动变形,三维坐标,冲击地压

1 问题的提出

河南能源耿村煤矿于1975年12月开始建井, 1982年12月投产, 1992年12月技改成功, 生产能力为2.4Mt/a。经过30多年的开采, 目前开采深度已达500 m以上, 且煤层上覆有巨厚砾岩层。近年来, 耿村煤矿冲击地压事件频发, 给矿井的安全生产带来很大的隐患。为了掌握冲击地压事件与地表沉降的相关性, 需建立专门地表移动观测站。然而传统的建站方法比较复杂, 需要用GPS等级点或全站仪按照5″导线的精度进行闭合导线测量, 由于矿区地表变化较大, 原有的地面控制点多已遭到不同程度的破坏, 导致控制测量的工程量过大。对于地表为丘陵山区的地区来说, 日常观测方法采用水准测量, 按照四等精度的技术要求进行, 工作量很大, 测站多, 测量精度也会受到一定的影响。传统的建站方法要求在主断面上建立观测线的方式, 水平移动采用支距法和用钢尺测量观测点间距获得变形数据, 精度不高。观测点布置有一定的局限性, 不能完全反映地表的变形情况。

基于以上原因, 本文以耿村煤矿13180工作面地表移动观测站为例, 对简易地表移动观测站建站和测量方法进行了探讨, 提出用手持GPS配合全站仪进行建站, 用全站仪进行日常测量的构想。

2 13180工作面概况

该工作面地表上方沿走向方向距切眼190m为上东村, 东北侧为骆驼脖村, 东南为康洼村。地表地形呈北高南低、东高西低的缓坡状地形, 大部分为农田、丘陵地区, 地面标高为621~656m。

开采煤层为2-3煤, 煤厚11.8~18.4m, 平均煤厚15.81m, 含煤系数98%, 属较稳定普遍可采特厚煤层。

该工作面位于东三采区西翼, 2-3煤轨道下山西侧, 北部为已回采的13160工作面, 西至采区边界, 南部为未开采的2-3煤实体, 东部为已回采结束的13210工作面。

该面地质构造情况简单, 煤层整体呈一向南东倾斜的单斜构造。

工作面走向长898 m, 倾向宽186 m, 煤层倾角9~13°, 开采深度540~617m, 第四纪松散层厚度为7~8m。

该工作面煤层上覆岩层从下到上依次为:泥岩、细砂岩、中粒砂岩、砾岩、泥岩、第四系黄土。其中砾岩层厚度在240~300m之间, 硬度大, 强度高, 回采过程中不易弯曲垮落, 是造成冲击地压事件的主要原因。

3 13180工作面建站

3.1 观测点的布置

根据《煤矿测量规程》的要求, 采用观测线法, 观测线应设在移动主断面上, 观测点间距应在30~35m之间。根据该工作面的实际情况, 布设一条走向观测线和两条倾向观测线。但该工作面的建站目的简单, 仅是研究地表沉降和冲击地压事件的相关性, 故采用了较为灵活的布点方式, 根据该区地形, 将观测点布设在易于观测的田埂上或道路边, 尽量不布置在农田里。观测点具体布置见图1, 基准控制点布置见图2。

3.2 控制点及观测点的埋设

首先在井上下对照图 (cad图) 上量取设计的控制点及观测点的坐标, 做好记录, 现场用手持GPS进行定位、埋点。为不影响田地耕作, 可根据现场情况做适当调整。需要注意的是:手持GPS必须按照说明进行正确的参数设置, 现场定位应与地形图相比较, 看是否存在错误, GPS的定位坐标要分不同时段进行, 卫星信号必须良好, 尤其是控制基点的坐标必须准确。

4 测量方法

4.1 控制点及全面观测

因现场没有原始的等级控制点, 手持GPS的高程精度低等原因, 采用两个控制基准点的GPS坐标进行定位, 高程系统以一个基准点的地形图上的高程作为基准高程, 采用相对独立的控制系统。全站仪的测角精度应不低于2″级, 测距精度不低于2mm+2Dppm, 我们采用的是Nikon DTM-532的全站仪, 观测点照准标志采用苏一光生产的D-04对中杆脚架。

具体步骤如下:

(1) 控制点埋设在工作面南侧受采动影响范围之外且视野开阔的地点, 将全站仪安设在基2点, 建站, 以GPS测得的平面坐标和地形高程作为测站点的三维坐标, 后视基1点, 用基1点的GPS坐标作为后视点的坐标。

(2) 全站仪测量模式两测回测定基1的三维坐标, 记录存储于全站仪内, 取其平均值作为基1的三维坐标, 然后照准远处的不少于三个固定目标作为检查方向, 也是以后测量观测点的基准方向。

(3) 依次两个测回测量基3点和基4点的三维坐标, 作为观测点的基准点。

(4) 将仪器安设在基准点上, 依次测量各观测点两个测回, 测得各观测点的三维坐标, 存储于全站仪内, 备用。取平均值作为各观测点的初始值。

4.2 日常周期测量

因该观测站属于专门观测站, 因此具有观测周期短、精度相对要求不高的特点。根据文献2的结论, 用全站仪三角高程可以代替四等水准测量, 所以可以用全站仪来进行日常测量观测点的变形情况。

具体步骤如下:

(1) 将全站仪安置在基准控制点上, 建站, 后视照准方向, 首先检查基准点是否变动, 如果没有变动时方可进行下一步测量工作。

(2) 将对中杆脚架依次架设在各观测点上, 精确整平, 棱镜置于架头固定孔内锁紧棱镜, 精确读出观测点视高, 报给仪器测量员, 测量员以两个测回测出观测点的三维坐标, 存储于仪器内, 备用。

(3) 重复第二步, 直至完成一个测站的全部观测工作。

(4) 重复以上三步, 完成所有观测点的观测工作, 一次日常测量工作结束。

4.3 测量中的注意事项

地表移动观测是一项要求较高的测量工作, 如果不注意测量的细节, 可能达不到目的, 造成返工。因此必须注意以下事项:

(1) 每次观测前都要对全站仪和对中杆进行全面检校, 确保仪器满足仪器参数本身的要求, 合格的仪器是完成测量作业的基础。

(2) 要坚持“四定”原则。即定人、定仪器、定时间、定测量路线。

(3) 照准目标要精准。测量点的平面坐标和方向关系很大, 因此每次观测要用同一个后视方向, 确保后视方向的基准一致。对中脚架一定要精确整平, 确保棱镜中心和测量点在一个竖直面上。三角高程测量影响最大的竖直角测量误差, 所以照准目标时一定要照准棱镜中心。仪器高和视高的量取一定准确, 测前测后分别量取一次, 其互差不大于3mm, 取其平均值。

(4) 测量过程中, 一定要按照5″级导线的测量规范进行, 超限时必须重测, 一个测站测量过程中, 要经常检查后视方向的正确性, 以免造成错误。

(5) 每个观测点的结果都要和上次测量的结果对比, 确保没有错误时再存储, 出现较大误差时, 必须立即重测。

5 数据处理

每次观测外业结束后, 立即将存储在全站仪内的数据导出, 将每个测点两个测回的四个三维坐标进行简单的数据分析, 取算术平均值作为本次测量的最终值。然后利用Excel强大的计算功能获得各观测点的本次变形量和累计变形量。根据工作面的推进位置和冲击地压事件的发生情况, 综合分析冲击地压事件和地表移动变形的相关性, 指导矿井的安全生产。

6 结论

通过以上的分析, 可以得出这种简易地表移动观测站建站和测量方法具有以下优点:

(1) 布点灵活。不必拘泥于传统的观测线法必须布置在一条线上的缺点, 可以根据实际需要和现场情况灵活布点。

(2) 获取数据信息多。一次测量可以获取观测点的三维坐标, 传统方法中需要水准测量、支距测量和边长测量分别进行, 数据整理工作量大。

(3) 全站仪三角高程代替四等水准测量, 节约了大量的外业工作量。

(4) 节省费用。用手持GPS建站初期建站费用少;周期测量中外业工作量大大减少。和同类观测站传统方法市场价比较, 节约费用50%以上。

(5) 实用性强。此类简易移动观测站可以根据建站目的不同, 建立各种专门的观测站, 具有较强的实用和推广价值。

参考文献

[1]中华人民共和国能源部.煤矿测量规程[M].北京:煤炭工业出版社, 1989.

地表变形观测 篇6

亭南煤矿位于陕西彬长矿区向斜轴部位置, 地形为典型的黄土残塬沟壑区域, 地表黄土覆盖层厚度平均约130m左右。地面村庄民房多而分散, 同时有高压线路、公路穿越。一盘区开采4煤为近水平煤层, 平均倾角3°~7°, 分层厚度9.0~6.8m。地表沟壑纵横, 最大高差达100余米, 工作面回采应用宽条带开采方法, 同时进行地表移动观测, 以监测开采影响区地表建筑物的安全。

2 条带开采工作面参数分析

2.1 开采宽度分析

工作面开采宽度计算公式为:

式中, L———条带开采的宽度;q———允许地表下沉率, 取0.15;k———岩土层的碎胀系数, 取0.65;tanβ———主要影响角正切值, 取2.0;H———煤层埋深。

经计算, 条带开采工作面开采宽度应控制在91~120m。

2.2 留设条带宽度分析

(1) 最佳条带留设宽度。根据一盘区条带开采区域地质采矿条件, 计算出开采影响半径r=225~275m, 由下式计算留设条带宽度:

计算得出a= (157-91) ~ (192-120) =66~72m

(2) 最大条带开采宽度。在开采宽度一定的条件下, 最大条带开采根据下式:

计算得出a=120~138m

2.3 综合分析

按照概率密度函数分布规律, 开采大采深极不充分条带工作面的影响范围, 应该考虑到煤层埋藏深度的影响, 在山区地表条件下, 还应考虑山区地表移动规律及其特殊性。条带工作面协调开采即采宽与留宽应协调一致, 否则就会引起地表变形的叠加, 而出现局部破坏的现象, 综合分析亭南煤矿一盘区地质采矿条件, 通过相关条带开采工作面地表移动观测数据分析, 可知109、111、113条带开采宽度取90~100m, 留设煤柱宽度取70~80m是合适的;对于101、103条带开采工作面, 由于地表保护建筑物位于塬面, 开采深度相应较大, 同时具有山体非对称重力加载作用, 保留煤柱应适当加宽, 101、103条带开采宽度取100~110m, 留设煤柱宽度取90~100m是合适的。

3 地表观测数据分析

3.1 条带开采参数

101、103工作面宽度为116m, 109工作面宽度为100m, 111工作面宽度为85m, 113工作面宽为90m, 101工作面与109工作面之间煤柱宽为90m, 109工作面与111工作面之间煤柱为80m, 111工作面与113工作面之间煤柱为90m。

3.2 地表移动变形

地表移动观测结果109、111、113工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为551mm, 水平移动值为-68~73mm, 水平变形值为-1.8~1.7mm/m;101、103工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为242mm, 一般水平变形值在1.5mm/m以内, 个别点受坡体滑移影响达到2.2mm/m。整个开采区域地表移动变形值在Ⅰ级变形范围内。

3.3 地表移动盆地特征

地表移动盆地平缓、下沉值很小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1, 101、103开采区下沉系数小于0.05。地表下沉值较小, 下沉盆地十分平缓。

水平移动范围较大。观测数据表明, 地表下沉盆地的水平移动范围较下沉范围要大, 说明极不充分条带开采地表的移动变形受覆岩中坚硬岩层控制, 厚坚硬岩层的挠曲变形使得水平移动范围较下沉范围要大。

地表移动具有明显的分段性。由于采深大, 在单一极不充分条带工作面开采时, 受关键层控制, 地表移动值很小, 但是在第二、第三个条带工作面开采后, 其地表移动值有明显的增加, 说明多个条带工作面开采后, 条带开采区域达到了充分采动条件, 在大采深覆岩重力的作用下, 煤柱发生了较大的压缩变形, 地表沉陷值是多个条带开采工作面叠加与煤柱压缩两种影响的结果。

4 结论

4.1 工作面开采为大采深极不充分宽条带开采系统, 开采后地表移动盆地平缓、下沉值很小, 主要影响范围角正切值较小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1, 101、103开采区下沉系数小于0.05;极不充分宽条带开采主要影响范围角正切值tanβ=1.93, 较常规条件下地表移动范围要大, 即主要影响范围角小 (β=62.6) ;地表沉陷范围r0=3 4 3 m, δ0=58.96°

4.2 多个极不充分条带工作面开采地表移动值符合叠加原理, 并受覆岩中关键层控制, 地表移动分段性明显。一个极不充分条带工作面开采后, 受开采煤层覆岩中坚硬关键层控制地表移动值很小, 但移动范围与充分采动工作面开采相近;两个极不充分条带工作面开采后, 地表移动值基本符合叠加原理, 地表下沉值相应增大, 地表移动盆地很平缓;三个极不充分条带工作面连续开采后, 开采范围达到充分采动, 地表移动值增加幅度较大, 说明坚硬关键层受大范围开采影响, 其上覆松散层在重力作用下发生了整体协调下沉。

4.3 大采深极不充分采动条件下的宽条带工作面开采, 地表下沉系数很小, 地表移动变形一般较小, 地表损害一般在Ⅰ级以内, 开采后地表建筑物能够安全使用。但是受覆岩中坚硬关键层变形的控制, 主要影响角正切值有较大地减小, 相应的地表移动范围变大。

4.4 多个大采深极不充分条带工作面开采, 地表移动变形受采留条带工作面宽度控制, 地表移动变形是多个独立条带工作面开采协调作用的结果, 如果条带采留宽不协调, 则开采后将导致波浪起伏的地表变形破坏, 合适的条带采留宽度是决定地表移动变形的重要因素之一。

4.5 亭南煤矿的地质采矿条件下, 极不充分条带开采宽度为采深的20~25%, 临界采动宽度为采深的30%左右。极不充分条带工作面开采, 地表变形破坏一般在Ⅰ级范围内, 当条带工作面开采宽度达到临界采动尺寸时, 尽管地表还是非充分采动, 但地表的最大下沉值将达到极不充分采动条件下的地表最大下沉值的数倍。

摘要：亭南煤矿应用宽条带开采方法开采了101、103、109、111、113等5个工作面, 同时进行地表移动观测获取了相关数据, 给出了亭南煤矿地质采矿条件下大采深极不充分条带开采应用于建筑物下开采的关键参数和地表移动变形基本规律, 为亭南煤矿乃至彬长矿区今后建筑物下条带开采提供了参考依据。

参考文献

[1]李春意, 崔希民, 郭增长.大采深厚松散层开采地表沉陷特征.煤炭工程, 2008 (12) :94-97.

[2]何荣, 郭增长, 陈俊杰.大采深条带开采宽度确定方法研究[J].河南理工大学学报:自然科学版, , 2009, 4, 28 (2) :155-159.

[3]张华兴, 郭栋, 卢秀林.非充分采动地表移动规律[J].煤矿开采, 205, 10 (3) (总第64期) , 6:58-71.

地表变形观测 篇7

1观测区概况

31071工作面是31采区的首采面, 开采二1煤层, 煤层厚度1.4~17.3m, 平均煤厚8.7m;煤层底板标高为-170~-59m, 地面标高+180~+202 m, 可采走向长1086m, 倾向长130m, 可采储量为166.4万吨。该工作面地表有魔洞王水库, 面积约为63km2, 蓄水量约为20km3, 在水库的南方向有一堤坝, 坝体为料石砌和黄土堆积而成, 长约125m, 上宽6.5m, 迎水面边坡角45~47°。

2观测站建立

31071工作面地面观测站布置形式为剖面线状观测站, 观测线共有两条, 一条倾向观测线和一条走向观测线, 二者垂直相交。根据规定, 走向观测线和倾向观测线都应布置在移动盆地的主断面上。根据裴沟矿31071工作面的地质条件, 煤层平均倾角按15°计算、最大下沉角按81°计算, 则31071工作面的走向主断面位于工作面中部偏向下山大约47m的位置。由于该工作面地表地形较为复杂, 走向观测线位置布置在工作面中部偏向下山大约10m的位置。因此, 走向观测线上的观测数据明显偏小, 对此应将走向观测线上的观测数据要按照经验公式换算, 以求得观测线在主断面位置处的数据, 进而求取采区的角量参数。倾向观测线位于工作面开切眼以西约475m处, 沿魔动王水库东测布置。观测线布置见图1所示, 选用的观测线参数如表1所示。

由表1所示:31071工作面地表移动观测站共布置了33个测点 (包括1个公共测点) , 间距30米;控制点9个, 间距50米。其中走向测点21个, 3个控制点;倾向测点13个, 6个控制点。所有测点和控制点均采用预制铁心混凝土桩现场进行埋设。

3地表岩移观测

地表移动观测站的观测工作包括观测站的连接测量及日常观测, 测量仪器采用尼康DTM-552全站仪。连接测量与日常观测的精度要求一致, 平面测量按四等附合导线的精度要求进行施测。由于裴沟煤矿三一采区距离高程基点较远, 并且该采区地面陡坎及冲沟较多不易采用水准测量。因此, 高程联测采用四等三角高程测量测定观测站控制点的高程。观测点埋设好10-15天, 在点位固结后且测站地区未被采动之前完成连接测量工作。在回采工作面回采90m左右, 在预计可能首先移动的地区, 选择几个工作测点, 每隔5~6天进行一次三角高程测量, 如果发现测点有下沉趋势, 说明地表已经开始移动。在移动过程中要进行日常观测工作, 即重复进行四等三角高程测量。每次观测工作结束后, 要及时计算结果, 比较大坝的移动变形量。观测时间从2011年5月份开始至2013年1月份结束 (通过近三个月的外业观测, 移动观测站观测点的下沉量及水平移动趋于稳定) 。

4观测结果分析

由倾向观测线实测下沉值数据表2可知, 测点C、Q1、Q1均表现为上升, 这可能是地表受采动影响发育略微上翘以及观测时产生的误差所致。表3为走向观测线实测下沉值数据, 我们利用非线性拟合技术得到的地表移动与变形曲线图显示实测值下沉拟合曲线一致性较好。并且通过实地观测观察, 发现我们所布置的走向观测线不在该工作面地表移动盆地的主断面上, 之后我们又在地表未受影响的地段埋设了6个观测点, 即表3中的补1至补6。

5地表移动角量参数的求取

根据规定, 各类角量参数的求取应在工作面充分采动或接近充分采动条件下求取, 但是, 我矿31采区只开采出31071工作面, 倾斜长度为130m, 倾向充分采动程度为0.374<1;走向长度为1086m, 走向充分采动程度为3.1>1, 走向上达到充分采动, 倾斜方向为非充分采动, 整个工作面为非充分采动。因此我们以地表观测站的实测资料为依据, 综合利用特征点及经验公式求取预计参数, 以及基于origin的非线性拟合技术求取预计参数的方法结合最小二乘法拟合下沉曲线、概率积分法预计、并与邻近矿区、矿井的角量参数经验值对比分析, 综合求取裴沟矿角量参数 (见表4) 。

6地表观测结果与预计结果对比

由地表移动观测站观测资料回归分析得到的地表最大下沉值为2620mm, 最大水平移动值为890mm;而31071工作面开采之前, 由《郑州煤炭工业 (集团) 裴沟煤矿魔洞王水库下开采可行性方案研究》预计的地表最大下沉值为2720mm, 地表最大水平移动值为1045mm。可见31071工作面地表移动观测站得到的地表下沉与水平移动值与预计结果具有良好的一致性。

浅析地表沉降变形的预测方法 篇8

我国大部分矿山由于开采初期没有进行正规、严格的开采设计就进入了生产, 乱采乱挖现象严重;同时, 没有进行采矿后期的设计、处理, 也从来没有考虑矿山开采后期以及开采结束后矿山的采场、地表处理问题等, 造成了我国现存的几百万亩的塌陷区, 造成了无尽的经济建设、生活活动的损失和影响。

开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一, 它对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要意义[1], 这方面研究已经有许多成果[2~4]。从全国范围看, 每年矿山地质灾害的总体损失不亚于一次地震或洪水带来的损失[5]。在我国部分煤炭能源开发较早的地区, 开采沉陷带来的灾害问题显得尤为突出。

数值模拟计算可靠性主要取决于建模。而对矿山开发的建模极其复杂, 尤其是建立三维实体模型。采用传统的建模方法, 不仅花费大量的人工、计算时间, 而且可靠性不高。鉴于此, 我们采用了ANSYS[6]进行整个矿区的模型建立。利用有限元的思想, 结合ANSYS平台从系统化、模块化、可视化的角度进行模拟分析, 得出采空区引起的地表沉降的范围、最大下沉线、最大下沉点、覆岩移动及变形等规律, 仿真结果与实际情况相符合, 为矿山开采和大体积地下工程的建设提供了研究依据。

1、大空区引起地表沉降计算模型的建立

1.1 物理模型

由于矿山区域地质结构相当复杂, 不同的岩层相互交错, 构成了特殊的地质构造结构。为了计算方便, 我们简化了原始地质构造, 如图1所示的模型。整个模型最上层为地表土体, 其次由岩石1、岩石2、岩石3、岩石4、和矿体1、矿体2组成的三维实体, 图1 (a) 和图1 (b) 所示为三维实体的剖面图。

1.2 模型计算思想

本模型将整个复杂的物理模型实体拆分为若干个形状简单的单元, 利用单元节点变量对单元内部变量进行插值来实现对总体结构的分析。将连续体进行离散化, 离散而成的有限元集合将替代原来的弹性连续体, 所有的计算分析都将在这个模型上进行。其分析过程主要可分为以下五步:单元划分、位移模式的确定、单元分析、总体分析及有限元方程组的求解。

由于计算机资源使用的有限性, 本模型使用SOLID45单元[7]用于构造三维固体结构, 满足了模型计算的精度要求, 同时, 计算效率也大幅提升。该单元通过8个节点来定义, 每个节点有3个沿着x, y, z;方向平移的自由度。单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。单元由8个节点和各向同性的材料参数来定义。各向同性材料方向对应于单元坐标系方向, 单元载荷包括节点载荷和单元载荷。S O L I D 4 5单元结构如图2所示。

2.3 网格划分以及边界处理

考虑到本模型存在复杂的结构以及极不规则的地质条件和采场空间几何形状。考虑到几何形状对网格的影响, 同时, 几何特征区域上网格划分形式取决于特征的重要度。可以从特征的几何形状、几何参数大小、属性和约束等多方面进行评价一个特征的重要度。外加载荷的力学特性分析是研究形体工作状态的情况。这两种情况下, 受力情况和几何情况完全不同, 也决定了这两种模式下网格划分情况的不同。在网格划分的过程中, 两者相互考虑、相互结合, 同时, 使用了自适应网格划分算法, 得到比较高效、精确的三维划分。

由于我们取的模型足够大, 空区对模型边界的实际影响可以忽略不计, 至此、整个三维模型的边界我们进行钢化面处理。

2.4 物理参数的选取

整个模型的计算, 物理参数的选取对整个模型的精确度和可参考性起到了重要的作用。本模型中我们使用了参数评估加权算法进行参数的确定。评估加权算法如下表1所示:

根据矿山设计院的地质结构图与相关本区域内的地质构造图表我们得出了各个水平层岩石物理参数。我们进行计算参数选取时, 以某个区域内大体积含有某种岩石, 以此区域进行研究对象, 结合此区域内的其他种类岩石进行整体评估加权。其中:mi其依据本体积内岩石namei所占的体积份数, 并且1=m1+m2+m3+…+mi。pi为岩石namei实际物理参数。整个该区域内最终确立的参数为

2、结论

1) 、该方法的模拟结果与实际结果相符合。我们可以快速建立模型, 简单、方便的得出地下工程的开采引起的地表变形的结果。从可视化的角度、从便捷的角度、从准确、可靠的角度, 无疑用有限元思想结合ANSYS分析软件进行矿上分析, 是行之有效的。

2) 、在上述理论模型的基础上, 利用有限元机制, 结合国内外大型有限元分析软件, 实现对模型的数值模拟, 得出了地下大型工程累积损伤引起的地表下沉的一些数据, 包括:地表下沉范围、最大下沉曲线、最大下沉点、下沉时间预测。

3) 、随着国民经济快速良性的发展, 我国存在数量巨大的地下工程。同时, 早期缺乏地表沉降预测该类问题的探讨与研究;加之, 现存土地资源经济价值巨大, 该类沉降问题越显重要。该研究迎合了行业市场的发展, 具有非常重要的实用价值。

摘要：由于地下大体积空区的存在, 引起了地表的沉降变形。为了预测变形趋势, 我们建立了沉降模型去模拟变形情况。该物理模型的建立, 使用有限元的思想, 采用不同的岩层结构、结合有限元分析软件ANSYS、用自适应网格划分算法划分网格, 使用了参数评估加权算法进行物理参数的选取。仿真结果与实际情况相符合, 为地表沉降研究机制提供了依据。

关键词：ANSYS,有限元,地表沉降,地下空区

参考文献

[1]何国清, 杨伦, 贾凤彩, 等.开采沉陷学[M].北京:中国矿业大学出版社.1991.

[2]彭欣, 崔栋梁, 李夕兵等.特大采空区近区开采的稳定性分析[J].中国矿业.2007, 16 (4) :70-73.

[3]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].国家煤炭工业局.北京:煤炭工业出版社,

[4]余学义, 张恩强.开采损害学[M].北京:煤炭工业出版社.2005.07.

[5]谢和平, 可持续发展与煤炭工业报告文集[M].北京:煤炭工业出版社.1998.6

[6]尚晓江, 邱锋, 赵海峰, 等.ANSYS结构有限元高级分析与规范应用[M].中国水利水电出版社.2008.5