采动覆岩与地表沉陷动态预测模型构建及应用研究

来源 :赵亮 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haojie831001
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实施采煤诱发的地表动态沉陷预测及优化求参研究能够显著降低采动损害,保护国家基础设施和生命财产安全。论文采用现场实测、理论分析和数值计算相结合的研究手段和方法,实现了覆岩与地表沉陷的一体化动态预测。论文首先对已有的用于描述沉陷动态预计的典型时间函数进行了分析和探讨,给出了理想时间函数模型应具备的三个本质特征:(1)地表下沉曲线呈“S”型,取值遍历[0,1]区间;(2)地表下沉速度从0逐步增大至vmax,然后趋近于0;地表下沉加速度则符合0→amax→0→-amax→0的变化规律;(3)地表下沉速度曲线随时间函数参数取值的不同,能够呈现对称性或非对称性(或偏态性)变化,即真实体现地表移动延续时间(初始期、活跃期和衰退期)内的沉陷特征。在此基础上,构建了满足理想时间函数特征的Logistic时间函数模型,论证了其时空完备性,并给出了模型参数的确定方法。基于概率积分法重构了覆岩与地表沉陷融合预测的理论与方法,将该方法与Logistic时间函数相结合,从而建立了采动覆岩与地表沉陷一体化动态预测函数模型。基于MATLAB研发平台,编制了相应的沉陷一体化动态预测信息系统,实现了采动地表及上覆岩层移动与变形的定量化预测。最后,以陈四楼煤矿和范各庄煤矿为工程背景,分别对采动诱发的地表和上覆岩层移动和变形进行了预测和分析,论证了预测模型正确性。结果表明,陈四楼煤矿沿21104工作面走向和倾向方向的预测相对中误差最大值分别为±5.98%和±4.21%;钻孔M1、M2内部监测点沉降预计相对中误差分别为±4.0%和±7.6%,预测值与实测值吻合较好,采用文中给出的一体化动态预测模型能够实现地表与上覆岩层动态沉陷的科学、合理预测。
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