煤礦開采上覆巖層移動機理(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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。根據原始的煤層板等高線，首先，利用地理信息系統，采集煤層產狀的基礎信息；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參數代入己設計好的程序中，按照概率積分法進行計算；第四，利用地理息信系統的后處理軟件做出各種剖面圖及平面圖，并與實測的數據進行比較。為了敘述方便，把曲面擬合技術預計方法稱為方法一，把分段等傾角預計方法稱為方法二。 擬合曲線與煤層底板等高線對照圖 離散數據的采集 在曲面擬合中，擬合的區域越小曲面的空間形態越簡單，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采集的數據分別擬合出曲面方程。 曲面擬合結果 ?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— 采集的數據個數； （ 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： %。 兩種預計結果與實測對比 ? 根據觀測結果與兩種預計方法結果相比較，兩種方法預計值較實測值為大，但曲面擬合方法較為真實的反映了煤層的真實產狀，所以，在理論上預計值更接近真實值。以 A2觀測線上觀測數據為例，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 。方法一明顯優于方法二。 兩種方法預計下沉值對照圖 A2觀測線方向兩種預計水平移動值對照圖 A2觀測線剖面下沉觀測值與兩種預計值對照圖 A2觀測線剖面水平移動值與兩種預計值對照圖 5 存在的問題及建議 ① 曲面擬合法預計地表移動變形，關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，方法一的預計準確性有可能還小于方法二的預計精度。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過于復雜，通過提高擬合方程的次數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計準確。 ③ 在同一礦區中，如果有己測定的開采影響傳播角與煤層傾角的關系，公式 12可按經驗公式在程序中設計。 三、覆巖內移動變形預計 在地下開采中，需開掘許多構筑物（諸如煤倉、機電硐室、巷道等），這些構筑物受到開采的影響，不同程度的產生移動變形，變形大的會影響構筑物的安全使用。在以前的工程中，判別開采對巖體內硐室群的影響，構筑物是否安全，往往采用以下三種方法：①測應力法；②概率積分法；③數值模擬法。第一種方法由于測試手段、測量儀器和復雜地質條件的影響，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，并不能從力學的角度給出某點應變狀態是否己達破壞；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 六個應變分量的求取 在覆巖研究區域內任意一點，割取一個微小的平行六面體，它的六面垂直于坐標軸。根據剪應變互等定理，在六個面上存在六個獨立的應變分量： εx、 εy、 εz、 γxy、 γxz、 γyz。 εx、 εy應變分量求取 式中 wmax— 地表充分下沉盆地的最大下沉值； m— 計算塊段數目； l— 計算開采任意條塊的拐點數； bi— 第 i開采段水平移動系數。 r(z)— 巖體內主要影響半徑； Rk— 拐點處極軸長； ??????lkkkimiix QPbCzrw11max )()(? εx、 εy應變分量求取 qk—拐點處極坐標的夾角； s— 極坐標半徑與巖體內主要影響半徑的比值； c— 采深、巖性系數； 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的數學計算公式，在這里運用四個變形量的物理含意，按照差商方