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煤矿深层开采地质灾害信息探讨
论文类别:专家论文
作 者:佚名
所在地区:煤矿深层开采地质灾害信息探讨
下载次数:253
摘 要:
    摘要:采用当前方法整合煤矿深层开采地质沉陷信息时,整合得到地质沉陷值与实际地质沉陷值之间的误差较大,存在整合精度低的问题,为此该文提出煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法,首先分析煤矿深层开采的地质沉陷机理,根据分析获取的信息,沿走向对煤矿深层开采工作面进行划分,获得多个开采单元。在此基础上,通过整合单元动态移动变形值实现煤矿深层开采地质沉陷信息的整合。实验结果表明,整合得到的地质沉陷值与实际地质沉陷值基本相符,整合绝对百分误差值较小,提高了煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法的整合精度。
    关键词:煤矿;深层开采;地质沉陷;信息整合;整合单元
    我国绝大部分的电力是通过煤矿资源获取的,而且煤矿资源被广泛的应用在化工、建材和冶金等领域中[1-3]。开采煤矿资源的过程中会出现采空区塌陷,煤矿深层开采地质沉陷地表岩土体的形态和位置在开采过程中发生变化,具有危害大、发生缓慢、不易察觉和历时长等特点,是一种渐进式的地质灾害[4]。地质沉陷不仅会导致泥石流、滑坡和崩塌等地质灾害,还会造成地下水位污染下降、土地资源破坏、交通道路变形、建筑物受损和地貌景观破坏,对周边和矿区居民的生命安全和财产安全造成极大的威胁[5]。地质沉陷信息整合技术是有效避免和预防采空区地质沉陷的手段,当前地震沉陷信息整合技术方法存在整合精度低的问题,需要对地质沉陷信息整合技术进行分析和研究,相关学者在此进行大量研究。麻凤海等[6]提出地铁盾构施工引起的地表沉降研究,基于煤矿深层开采的相关数据将沉降槽宽度修正系数和地面最大沉降修正系数引入Peck理论公式,对修正系数的取值范围进行调整,通过调整后的Peck公式整合地质沉陷信息。严皓等[7]提出基于地震属性的中深层薄砂层厚度定量整合,通过谱反演技术对地震沉降信息的分辨率进行分析,获取地质沉陷的不同属性,构建地质沉陷和岩土之间的拟合关系,根据拟合关系实现地质沉陷信息的预测。以上两种方法整合得到的地质沉陷信息与实际地质沉陷信息不符,存在整合精度低的问题,为了解决上述方法中存在的问题,提出煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法。
    1地质沉陷机理影响因素
    煤矿深层开采地质沉陷的影响因素主要包括两个方面,分别是人为因素和自然因素[8]。其中自然因素包括盆地沉积物的构造、压实沉降、土地湿陷性压密、盐矿塌陷、岩溶塌陷、有机质土排水固结;人为因素主要包括地下流体和地下矿体的开采,引起煤矿深层开采地质沉降的主要因素是地下水的开采。根据有效应力可知,水的压力p和土骨架应力e'与水和土在某平面中全部重量对应的总压力相同:e=e'+p。(1)式中:e代表的是覆盖层荷载对应的总应力。在含水层中的应力和压力关系如图1所示。由图1可知,在A、B两点范围内,含水层中的粒间的应力值和土骨架应力值的和等于含水层中全部重量的总应力值。水的压力p和土骨架应力e'会随着上覆荷载改变而改变:de=de'+dp。(2)式中:de表示覆盖层荷载对应的上覆荷载总应力,de'表示土骨架上覆荷载应力,dp表示水的上覆荷载压力。如果只改变水的压力,不改变总应力e时,存在下式:de=0=de'+do;de'=-dp{。(3)造成地质沉陷的主要原因之一是过渡抽取地下水,导致孔隙水之间的压力减少、水层水平面下降,增加了地基的有效应力[9]。
    2地质沉陷信息整合技术方法
    设n代表的是矿区中存在的工作面总数;ts(k)代表的是第k个工作面对应的开采日期;te(k)代表的是第k个工作面对应的停采日期;v(k)代表的是开采速度,整合煤矿深层开采地质沉陷信息的具体步骤如下。(1)根据拐点在矿区工作面中对应的坐标,对预计范围进行估计,通过网格划分矿区范围[10]。单元格可以通过两种方法进行划分,分别是周期来压步距法和有效分割尺寸法,煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法采用周期来压步距法划分单元格:(2)针对k个工作面,在t时刻开始整合地质沉陷信息,则t即为开采单元在开采煤矿过程中所用的采动时间,对t和ts以及te(k)之间的关系进行判断。当t≤ts时,表明该工作面中的煤矿没有被开采,进行步骤(7);当ti(k)<t<te(k)时,表明该工作面中的煤矿已经被开采了,当v(k)>(t-ts(k))时,进行下一步;当t≥te(k)时,表明该工作面中的煤矿已经被开采完毕,进行下一步。(3)用工作面的坐标代替矿区坐标,在用单元格坐标表示工作面坐标。(4)整合计算所有单元格在工作面中对地质沉陷的影响。沿轴向划分工作面,获得m个开采单元,上述m个开采单元整合的动态移动变形值即为工作面中地表动态的移动变形[11-12]。假设在开切眼处对应的开采时刻为0时刻,ti代表的是第i个开采单元在开采过程中对应的回采时间;vi代表的是第i个开采单元对应的回采速度。
    3实验结果与分析
    为了验证煤矿深层开采地质沉陷灾害信息整合技术的整体有效性,在MyEclipse8.6软件中对煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术进行测试。分别采用煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法、文献[6]方法和文献[7]方法整合煤矿深层开采地质沉陷信息,并将整合结果与实际结果进行对比,测试结果如图2所示。由图2可知,煤矿深层开采地质沉降信息整合技术方法的整合结果地表沉陷值与文献[6]方法和文献[7]方法整合结果相比,每一年的整合结果更接近沉陷值。在得到沉降结果的基础上,为进一步验证其整合效果,需利用三种方法进行其整合精度验证。
    4结束语
    我国对煤矿资源的需求随着经济的发展不断加大,促进了煤矿深层的开采,导致开采地质沉陷。对地质沉陷信息进行整合,可以有效的避免地质沉陷。当前地质沉陷信息整合方法存在整合精度低的问题,提出煤矿深层开采地质沉陷信息整合技术方法,对地质沉陷机理进行分析,根据分析获取的信息实现煤矿深层开采地质沉陷信息的整合,解决了当前方法中存在的问题,实验研究表明,本文方法整合结果更接近地表沉降值,其整合绝对百分误差值较小,精度更准确,为煤矿开采技术的发展奠定了基础。
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