• 論文
                        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

                        2020年全國礦山測量新技術學術研討會優秀論文專欄

                        來源:《煤炭科學技術》2020年第10期

                        專題來自《煤炭科學技術》2020年第10期,共15篇論文。

                        行業視野

                        探礦

                        類別

                        56個

                        關鍵詞

                        49位

                        專家

                        14篇

                        論文

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                        • 作者(Author): 張華興

                          摘要:目前關于傾斜煤層開采引起的地表移動變形計算一般是將傾斜煤層開采等價為2個水平煤層的半無限疊加或者將傾斜煤層進行水平劃分的方法,計算過程存在簡化。為了克服傾斜煤層開采由于計算簡化帶來的誤差,根據計算地表點與傾斜煤層的相對位置關系,利用開采影響傳播角進行等價水平煤層轉換,將傾斜煤層的移動變形計算轉化為水平煤層計算,提出傾斜煤層開采地表移動變形等價計算方法,并將等價計算結果與半無限疊加開采、水平劃分計算結果進行對比,分析了半無限疊加和水平劃分簡化計算誤差產生的原因。研究結果表明:①等價計算結果與半無限開采疊加下沉量計算結果基本相同,半無限開采疊加計算存在變形計算誤差表現為上、下山邊界兩側拉伸與壓縮變形值相同,未能充分體現變形與開采深度的密切關系;②由于煤層傾角和開采影響傳播角的影響,水平劃分方法下沉量、水平變形計算誤差較大,煤層傾角越大誤差越大,這一誤差不會因水平煤層劃分個數的增加而消除;③采用等價計算方法能夠消除概率積分法對傾斜煤層開采地表移動變形計算的簡化誤差,實現計算結果與理論的完美契合。研究結果豐富了開采沉陷預計體系,對提高傾斜煤層開采地表移動變形計算精度具有一定意義。
                        • 作者(Author): 戴華陽, 羅景程, 郭俊廷, 閻躍觀, 張旺, 朱元昊

                          摘要:神東礦區上灣礦1-2煤層傾角小、厚度大、埋藏較淺、賦存穩定,采用寬工作面大采高綜采技術,高強度開采對地表環境的影響也更加劇烈,為了掌握該礦地表裂縫發育規律,對12401工作面推進過程中切眼側1 km范圍觀測區進行了地表裂縫實測研究。設計了地表裂縫分區分方向觀測方案,采用手持GPS測量裂縫軌跡、鋼尺測量裂縫寬度、鐵釬測量裂縫深度。歷時3個月,獲得了回采工作面開切眼側觀測區的2303條裂縫的分布信息。研究結果表明:①分析確定了本礦地質采礦條件地表裂縫的拉伸、壓縮、臺階、塌陷4種類型及其分區分布情況。②得出了地表裂縫的周期性發育規律和集中于采空區范圍的分布規律,確定了裂縫分布主要參數。測得裂縫間距約10m,裂縫最大寬度0.7m,最大深度4~10m,最大長度298m,最大臺階高度0.45 m,切眼側走向裂縫角76.0°,上山裂縫角86.0°,下山裂縫角84.7°。③在工作面沿走向推進過程中,地表周期性產生與推進方向垂直分布的主裂縫,經歷“產生—擴展—收縮—穩定”約14d的發育過程,主裂縫寬度大于50mm,平均間距129m,相對于推進位置滯后角79.8°~87.1°。通過對上灣礦12401工作面開采地表裂縫的實測研究,為科學評價該礦地質采礦條件下地表采動損傷狀況提供了依據。
                        • 作者(Author): 湯伏全, 李林寬, 李小濤, 劉世偉

                          摘要:地下采煤引起的地表裂縫是開采沉陷破壞的直觀表現,對建筑物和土地造成嚴重損害,精準地獲取采動地表裂縫發育特征對于開采沉陷研究和礦區地面保護具有實際意義。目前采集沉陷區裂縫信息的主要方式是實地人工測量或衛星遙感影像解譯,在成本效率和時空分辨率方面存在明顯局限性。以榆神礦區某礦綜放工作面地表為試驗區域,利用低空無人機攝影測量系統通過設定合理的航拍參數,獲取采煤沉陷區數字正射影像,分別采用Canny算法、支持矢量機(SVM)以及最大似然法(MLM)對影像中的裂縫進行特征提取,并定義裂縫提取率來評價裂縫圖像的提取效果。結果表明,Canny算法提取的非裂縫信息較多,支持矢量機算法效果次之,最大似然法在裂縫長度和寬度信息提取上效果較好,但得到的裂縫圖像中仍存在大量的干枯植被信息。為此,利用隨機森林(RF)算法對影像進行植被分類和腐蝕操作后,制作成掩膜文件以消除植被影響,再采用最大似然法進行地表裂縫的精提取。根據地表裂縫圖像的灰度特征,將試驗區采動裂縫分為開裂式臺階裂縫、閉合式臺階裂縫、凹陷式裂縫、條紋式裂縫、裂紋式裂縫、凹陷式閉合臺階裂縫,并將圖像提取的地表裂縫信息與實測結果進行對比,驗證了低空無人機影像自動提取裂縫的可靠性,為定量分析和揭示采煤沉陷區裂縫發育規律提供了有效的技術手段。
                        • 作者(Author): 郭松, 郭廣禮, 李懷展, 崔海尚

                          摘要:模糊聚類分析是無監督機器學習的主要技術之一,可用于進行數據分析和建模,模糊C均值聚類算法(Fuzzy C-Means,FCM)通過優化目標函數得到所有類中心樣本點的隸屬度以實現樣本數據的自動聚類目的,但面對煤礦采空區場地穩定性評價影響因素多、數據樣本大時,容易陷入局部鞍點問題,提出了一種基于主成分分析(PCA)降維的改進模糊聚類算法。該算法選取7個采空區場地穩定性影響因素構建評價體系,根據主成分降維后的樣本信息對模糊C均值聚類模型初始類中心和隸屬度參數進行動態優化,以提升算法的魯棒性與泛化能力;使算法更適用于評價穩定性影響因素復雜的采空區場地。以山東省濟寧市快速路任興路段壓覆工作面采空區為例,結合快速路沿線其他5個煤礦共計120個采空區場地穩定性評價。試驗結果表明:樣本數據經主成分分析降維后,前4個主成分的累計貢獻率為81.86%,有較好的表征原始樣本信息的解釋能力。對模糊C均值聚類后的類(簇)樣本集占比進行統計分析,其中“穩定”路段占比36.67%,“基本穩定”路段占比35%,“欠穩定-不穩定”路段占比為28.33%,對比各采空區場地實際穩定性狀態,模糊C均值聚類算法能有效提高聚類精度,證明了所提出的方法應用于煤礦采空區場地穩定性評價的可行性和有效性。
                        • 作者(Author): 張兵, 趙玉玲, 崔希民, 袁德寶, 李春意

                          摘要:針對常用Knothe時間函數在動態預計中理論研究方面存在不足及在地表下沉初始階段預計精度較低等問題,為了能夠全面地了解礦區地表沉陷動態發展變化過程,掌握地表各重要點位的動態變形規律,提高動態預計精度和動態預計的針對性,發揮動態預計在指導礦山工程實踐中的應有作用,基于概率積分模型,采用優化分段Knothe時間函數,構建了可預測地表任意點動態沉降變形的計算模型,并開發了計算程序,所建模型各參數意義明確,求取方便,同時,礦區地表監測點即使布設在非主斷面上,也可根據實測數據利用模型反算概率積分參數。實例1表明:在考慮拐點偏移距的情況下,預測的地表下沉盆地兩拐點的下沉值基本等于盆地最大下沉量的1/2,與理論揭示完全吻合;通過對不同時刻地表點的下沉和傾斜進行動態預計,清楚地說明了地表下沉盆地和傾斜變形的動態發展過程;另外,通過傾斜三維圖及其二維等值線圖的變化過程可知,下沉盆地平底部分的傾斜值盡管最終為0,但也是經歷了從小到大、再從大到小、最后趨于0的劇烈變化過程,如果只進行穩定后的靜態預計則反映不了這一動態過程;實例2表明:通過對比分析1176東工作面各采動期的地表監測點實測與動態預計結果,并抽樣進行精度分析可知,動態預計相對中誤差最小為5.6%,最大為14.2%。經統計預測相對中誤差可穩定在8%左右,證明了模型預測精度是可靠性的。
                        • 作者(Author): 張豐, 吳志聰, 張巖, 譚秀全

                          摘要:濟寧城市規劃區與區內20多個煤礦采區有重疊區域,為掌握濟寧城市規劃區的開采沉陷規律,為濟寧城市規劃提供依據 ,在收集整理城市規劃區內岱莊礦的觀測站資料和13個煤礦的20條觀測線資料基礎上,綜合分析了各礦井概率積分法參數與采深、采高、表土層厚度及充分采動程度的相關性。研究結果表明:研究區域的下沉系數與采動程度、開采深度具有強相關性,即下沉系數隨采動程度增大呈現出增大趨勢,而隨采深增大呈現出減小趨勢,且各因子在下沉系數影響程度上表現為表土層厚度>開采深度>開采高度;水平移動系數與表土層厚度、采深、采高和采動程度無明顯強相關性。經統計處理得:與表土層厚度在局部上存在二次函數關系;主要影響角正切與表土層厚度在局部上存在線性相關性,并受到開采深度的約束,隨采深增大呈現增大趨勢,且在局部上與采高存在“波浪”式函數關系;開采影響傳播角在本區域比較穩定,處于86.4°~90.0°。
                        • 作者(Author): 閻躍觀, 師曉波, 劉吉波, 田秀國, 張國光

                          摘要:針對礦區建(構)筑物損害防護的研究由來已久,特別是我國東部礦區壓煤問題較為突出,因缺乏科學合理的抗變形建筑設計指導原則,存在建(構)筑物防護的不合理或搬遷矛盾激化等經濟社會問題。傳統的地表與建構筑物變形關系研究成果,難以適用于現代建筑材料與結構形式下建構筑物與地表變形特征。為此,以開灤某礦工業廣場煤柱開采下的建構筑物為研究對象,針對建(構)筑物分布情況來設計地表與建(構)筑物變形監測網,并選取典型建(構)筑物及對應的地表點進行7次同步觀測,研究礦區地表及典型建(構)筑物間的移動變形關系。結果表明:建(構)筑物和地表同步下沉,呈線性函數關系;建筑物整體傾斜變形與地表基本同步,受整體結構影響,建筑物局部傾斜變形較??;占地面積小的低層規則建筑物受到的曲率變形比地表小,占地面積大的多層建筑物易出現負曲率變形。研究成果可為類似條件下煤礦開采與建筑物保護提供依據和參考。
                        • 作者(Author): 田迎斌, 李學良

                          摘要:在我國礦業城市采煤塌陷區搞建筑開發越來越普遍,隨著建筑層數和荷載的增加,建筑物采用的基礎型式也由淺基礎逐漸過渡到深基礎,鋼筋混凝土鉆孔灌注樁也為深基礎的一種形式,為解決采動區內建筑物鋼筋混凝土鉆孔灌注樁在地基土體水平變形作用下的配筋設計問題,分析了在常規水平荷載和地基土體水平變形作用下樁身的受力、變形和工作特性,推導了柔性樁在水平力作用下的撓曲微分方程,并將地基土體位移代入撓曲微分方程求解位移,將地基土體位移轉化為等效的樁頂水平集中力,然后將其與常規水平力相疊加作為在受采動影響下的樁頂的荷載作用效應。在確定樁頂水平力作用效應時,承臺底部的總水平力和彎矩按照平均分配的方式將水平力傳遞到基樁頂部,以求得的樁身最大彎矩按受彎構件進行樁身受彎承載力計算,以樁身最大剪力按受剪構件進行樁身受剪承載力計算。計算結果分析表明:基樁的縱筋直徑由16mm增加到18mm,配筋量增加約26%,箍筋直徑由8mm增加到10mm,配筋量增加約56%,可增加縱筋和箍筋的配筋量,以提高基樁抗變形能力;同時,在承臺底部設置滑動層可以有效減少地基土體傳遞給承臺及上部結構的摩擦力,減少了承臺及上部結構的附加應力,從而間接提高了建筑物的整體抗變形能力。

                        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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