厚松散层重复采动条件下地表移动规律研究——以卧龙湖煤矿首采区为例.pdf

中图分类号 T D 3 2 5 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 厚松散层重复采动条件下地表移动规律研究 以卧龙湖煤矿首采区为例 作者姓名 昌盔 专业名称太丝测量堂皇测量工程 研究方向芷出变形堕型分桓皇亟测 导师姓名王到垩副教拯 导师单位测绘堂院 答辩委员会主席韭适 论文答辩日期2 0 1 2 年6 月2 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 2 年6 月1 1 日 AD i s s e r t a t i o ni nG e o d e s ya n dS u r v e yE n g i n e e r i n g R e s e a r c ht h er o l e so fs u r f a c em o v e m e n to fr e p e a t e d l y m i n i n gu n d e r t h i c ku n c o n s o l i d a t e dl a y e r s 一t a k i n gt h ef i r s tm i n i n g a r e ai nW o l o n g h u c o a lm i n e sf o re x a m p l e C a n d i d a t e L vL e i S u p e r v i s o r W a n gL i e p i n g S c h o o lo fG e o d e s ya n dG e o m a t i c s A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另I 加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得 塞徼壅王态堂．或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 墨盘。．日期三丝年j 月』I 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞邀堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安 徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名昌磊．签字日期2 ．f 2 年z 月，1 日 导师签名签字日期岔一a 年Z 月，，日 摘要 摘要 地下矿产资源被采出后，引起的地表沉陷是一个时间和空间的非线性变化过 程，在对地表移动变形规律的实际研究过程中不仅要考虑地表变形趋于稳定后最 终移动变形值的大小及分布，还必须考虑地表移动变形随时间的发展趋势。重复 采动加大对地表的破坏，使地表移动与变形增大，掌握重复采动下地表移动变形 规律，并求取相关地表移动变形参数，分析其参数变化机理，并实现动态预计是 本文研究的重点。 本文结合卧龙湖煤矿首采区工作面实测资料，分析初次采动和重复采动两种 情况下地表移动变形的特征和规律，利用M a Ⅱa b 软件求取初次采动和重复采动两 种情况下的地表移动变形相关参数，并分析了重复采动后移动角和边界角等角量 参数、超前影响角和超前影响距等动态参数、以及下沉系数g 、拐点移动距S 、主 要影响角正切t g , o 、水平移动系数b 、开采影响传播角秒等与概率积分法相关预计 参数的变化情况，重点探讨了以概率积分模型为基础基于K n o t h e 时间函数的动态 预计原理，确定了时间影响参数C 的求取方法，在M a t l a b 软件中编写地表移动变 形动态预计程序，同时实现工作面推进到不同距离地表移动变形曲线图、下沉等 值线图、移动盆地的三维曲面图的绘制，本文研究成果对相似地质采矿条件矿区 的开采设计和地面建筑物保护有一定的指导作用。 图[ 3 8 】表【1 6 】参【6 2 ] 关键词开采沉陷；厚松散层；重复采动；地表移动观测站；K n o t h e 时间函数； 概率积分法；M a Ⅱa b ； 分类号T D 3 2 5 ．2 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t S u r f a c es u b s i d e n c ei sap r o g r e s so fn o l i n e a rv a r i a t i o n si nt i m ea n ds p a c ea f t e rt h e u n d e r g r o u n dr e s o u r c e si se x p l o i t e d ．I nt h es t u d yo fg r o u n dm o v e m e n ta n dr e f o r m a t i o n ， n o to n l yt h es i z ea n dd i s t r i b u t i o no ft h ev a l u eo ft h ef i n a lm o v e m e n ta n dr e f o r m a t i o n s h o u l db ec o n s i d e r e di n , b u ta l s ot h et e n d e n c yw i t ht i m es h o u l da l s ob ec o n s i d e r e di n ． A st h er e s u l to fi n c r e a s i n g d e s t r o yf r o mt h er e p e a tm i n i n g ，t h em o v e m e n ta n d r e f o r m a t i o no fs u r f a c ei si n t e n s i f i e d ．T h u s ，t oo b t a i nt h el a wa n dt h ep a r a m e t e r so ft h e m o v e m e n ta n dr e f o r m a t i o n ，a n a l y s i st h em e c h a n i s mo fp a r a m e t e r sv a r i a t i o n s ，a n d a c c o m p l i s ht h ed y n a m i cp r e d i c t i o na l et h ek e yp o i n t so f t h es t u d y ． C o r r e s p o n d i n gt ot h ed a t ao ff i r s tw o r k i n gf a c ei nW o l o n g h uc o a lm i n e ，t h e c h a r a c t e r sa n dl a w s o ft h em o v e m e n ta n dr e f o r i l l a t i o nw e r ea n a l y z e di nt h et w o c o n d i t i o n so ff i r s ta n dr e p e a tm i n i n ga n dt h ep a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e db yM a t l a b ．T h e c h a n g e so ft h ea n g e lp a r a m e t e r s ，i n c l u d i n gt r a v e l i n ga n g e l ，b o r d e ra n g e l ，c r a c ka n g e l ， t h ed y n a m i cp a r a m e t e r s ，i n c l u d i n ga d v a n c e di n f l u e n c ed i s t a n c e ，a d v a n c ei n f l u e n c e a n g e la n ds u b s i d e n c er a t e ，t h ep r e d i c t i o np a r a m e t e r , i n c l u d i n gs u b s i d e n c ef a c t o r sq ， t a n g e n to ft h em a j o ri n f l u e n c ea n g e lt g p ，i n f l e c t i o np o i n to f f s e td i s t a n c eS ，m i n i n g i n f l u e n c es p r e a d i n ga n g e l 秒a n dh o r i z o n t a ls l l i 舡c o e f f i c i e n tb ，w e r ea l s oa n a l y z e d ． T h em a j o rd i s c u s s i o nw a sf o c u s e do nt h ed y n a m i cp r e d i c t i o nm e c h a n i s mb a s e do nt h e K n o t h et i m ef u n c t i o ni nt h eb a s eo fp r o b a b i l i t yi n t e g r a l m o d e l ．F i n a l l y , t h et i m e i n f l u e n c e p a r a m e t e rcw a sc a l c u l a t e da n dt h em a p so fs u r f a c em o v e m e n ta n d r e f o r m a t i o n , t h em a p so fs u b s i d e n c ei s o g r a m ，a n dt h e3 Ds u r f a c ed i a g r a m so ft h e m o v i n gb a s i nw e r ed r a w n ．T h es t u d yr e s u l t sf o rt h ed i r e c t i v ef u n c t i o na r es i g n i f i c a n t a n du s e f u li nt h em i n i n gd e s i g na n dt h ep r o t e c t i o no fs u r f a c eb u i l d i n g su n d e rt h es i m i l a r g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ． F i g u r e 【3 8 】T a b l e [ 1 6 】R e f e r e n c e [ 6 2 】 K e y w o r d s m i n es u b s i d e n c e ；t h i c ku n c o n s o l i d a t e dl a y e r s ；r e p e a tm i n i n g ；o b s e r v a t i o n s t a t i o no fs u r f a c em o v e m e n t ；K n o t h et i m e f u n c t i o n ；p r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ； M a t l a b ； C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 5 ．2 I l 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”V I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题研究的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究历史与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 国外开采沉陷研究历史与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“2 1 ．2 ．2 国内开采沉陷研究历史与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．3 厚松散层下重复采动地表移动规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．3 主要研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．1 主要研究的内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 2 基于K n o t h e 时间函数的开采沉陷预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 概率积分法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．1 随机介质原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 2 ．1 ．2 概率积分模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．1 ．3 概率积分法预计公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO 2 ．1 ．4 预计参数求取原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．5 概率积分法求参的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 基于K n o t h e 时间函数的动态预计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．1K n o t h e 时间函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．2 时间影响参数c 的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 ．2 动态预计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 7 3 研究区概况与观测站布测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 I I I 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．1 研究区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．1 ．1 研究区地质采矿条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 3 ．1 ．2 首采区地质采矿条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．2 地表移动观测站设置及观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．1 地表移动观测站布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．2 地表移动观测站的观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“31 4 厚松散层重复采动条件下地表移动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 初次采动地表移动实测数据处理与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 2 4 ．1 ．1 初次采动实测数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．2 初次采动地表移动特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2 重复采动地表移动实测数据处理与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～3 7 4 ．2 ．1 重复采动实测数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．2 ．2 重复采动地表移动特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 重复采动条件下地表移动参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．3 ．1 角量参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．3 ．2 动态参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．3 ．3 预计参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．4d 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“5 0 5 基于M a t l a b 的动态预计理论应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l 5 ．1M a t l a b 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．1M a t l a b 软件的优点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 5 ．1 ．2M a t l a b 软件的缺点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 5 ．2M a t l a b 动态预计应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 ．1M a t l a b 曲线拟合求参⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 5 ．2 ．2M a t l a b 求参精度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 5 ．2 - 3M a t l a b 动态预计可视化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 I V 目录 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 作者简介及读研期间主要科技成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 V 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s 1E x o r d i u m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1P u r p o s ea n dS i g n i f i c a n c eo fs u b j e c tr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2R e s e a r c hH i s t o r ya n dS t a t u sh o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1H i s t o r ya n ds t a t u sa b r o a di nM i n i n gS u b s i d e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2R e s e a r c hh i s t o r ya n ds t a t u so f M i n i n gS u b s i d e n c ei nC h i n a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 1 ．2 ．3R e s e a r c ht h er o l e so fs u r f a c em o v e m e n to fr e p e a t e d l ym i n i n gu n d e rt h i c k u n c o n s o l i d a t e dl a y e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3T e c h n i c a lR o u t ea n dt h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to f t h i sp a p e r ‘’5 1 ．3 ．1T h eM a i nR e s e a r c hC o n t e n to f t h i sP a p e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2T e c h n i c a lR o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2D y n a m i cp r e d i c t i o nt h e o r yb a s e do np r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d 。7 2 ．1 T h ep r i n c i p l eo f p r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．1 S t o c h a s t i cm e d i u mt h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2T h em o d e lo f p r o b a b i l i t yi n t e g r a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 2 ．1 ．3P r e d i c t i o nf o r m u l a so f p r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘1 0 2 ．1 ．4T h eC a l c u l a t i n gt h e o r yo f p r e d i c t i n gp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11 2 ．1 ．5M a t h e m a t i c a lm o d e lf o rc a l c u l a t i n gp r e d i c t i n gp a r a m e t e r so f t h ep r o b a b i l i t y i n t e g r a lm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2D y n a m i cp r e d i c t i o nt h e o r yb a s e do nK n o t h et i m ef u n c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘1 4 2 ．2 ．1K n o t h et i m ef u n c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．2T h eD e t e r m i n a t i o no f t i m ei n f l u e n c ep a r a m e t e rC ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 ．2D y n a m i cp r e d i c t i o nt h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3S u r v e yo f s t u d ya r e aa n dl a y o u ta n dm e a s u r e m e n to f o b s e r v a t i o ns t a t i o n s ‘⋯⋯⋯‘1 8 3 ．1G e n e r a lS i t u a t i o no fs t u d ya r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 3 ．1 ．1G e o l o g i c a la n dm i n i n gc o n d i t i o n so f s t u d ya r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 V I C o n t e n t s 3 ．1 ．2G e o l o g i c a la n dm i n i n gc o n d i t i o n so f f i r s tm i n i n ga r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘2 1 3 ．2O b s e r v a t i o ns t a t i o no f s u r f a c em o v e m e n ts e t t i n ga n do b s e r v a t i o n ’⋯⋯⋯- ⋯2 3 3 ．2 ．1O b s e r v a t i o ns t a t i o no fs u r f a c em o v e m e n tl a y o u t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．2O b s e r v e do fs u r f a c em o v eo b s e r v a t i o ns t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4S u r f a c em o v e m e n tc h a r a c t e ra n dd u r i n gr e p e a tp a r a m e t e ra n a l y s i sm i n i n g ‘- ‘3 2 4 ．1M e a s u r e dd a t aa n a l y s i sf o rs u r f a c es u b s i d e n c ed u r i n gf i r s tm i 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5T h ea p p l i c a t i o no f d y n a m i cp r e d i c t i o nt h e o r yb yM a t l a b ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 5 ．1I n t r o d u c t i o no f M a t l a bs o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1 ．1T h ea d v a n t a g e so fM a t l a bs o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 5 ．1 ．2T h ed i s a d v a n t a g eo f t h eM a t l a bs o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 5 ．2D y n a m i cp r e d i c t i o nb yu s i n gM a t l a b ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘。⋯⋯⋯⋯‘。5 2 5 ．2 ．1C a l c u l a t i n gp r e d i c t i n gp a r a m e t e r so fc u r v ef i t t i n gb yu s i n gM a t l a b ⋯⋯⋯⋯’5 2 5 ．2 ．2A c c u r a c ya n a l y s i so f c a l c u l a t i n gp r e d i c t i n gp a r a m e t e r sb yu s i n gM a t l a b ⋯⋯5 4 5 ．2 ．3D y n a m i cp r e d i c t i o nv i s u a l i z a t i o nb yu s i n gM a t l a b ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 8 5 ．3S u m m a r y ⋯，⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘‘⋯⋯⋯⋯⋯‘’6 6 6C o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘6 7 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘6 9 、／I 安徽理工大学硕士学位论文 C o m p l i m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 R e s u m eo f a u t h o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 V I I I 第1 章绪论 1 绪论 1 ．1 课题研究的目的及意义 煤炭作为我国的能源支柱，其储量十分丰富，已探明超1 万亿吨，在我国的 能源结构中所占比例逾七成。到二十一世纪中叶，我国煤炭在能源消费结构中的 比重仍达四成以上，而且以后很长的一段时问，煤炭仍将是我国的主体能源【1J 。于 此同时，作为一个年产煤量约3 0 亿吨的产煤大国，我国煤炭开采的回收率却相对 较低仅为4 0 ％左右，问题的重要根源之一是“三下“ 压煤1 2 J 。所谓“三下”就是指 铁路下、水体和建筑物下，我国煤炭资源分布广泛，“三下”压煤量大，粗略统 计我国所有矿井“三下”所压煤碳高达1 4 0 亿吨；对于总的“三下”压煤量来说， 光建筑物下压煤就占到压煤总量的六成以上，水体下、铁路下的压煤分别只占三 成和一成左右，但从“三下”开采出的煤炭连其压煤总量的7 ％都不到，仅仅只有 1 0 亿吨【3 1 。尤其我国中、东部的一些厚松散层矿区，煤层上部地表的建筑物不但 分布范围大而且十分密集，所压的煤炭数量十分巨大，造成非常可怕的资源浪费， 导致降低了矿井的服务寿命。厚松散层条件下开采和“三下“ 采煤应引起人们的 高度重视，产生的问题亟待解决。 大量的开采煤炭资源其实是一把“双刃剑“ ，促进经济发展的同时也对环境 造成了巨大的破坏，不但影响人们的正常生活，也不利于企业的可持续化发展战 略。开采沉陷是煤炭开采对环境破坏的主要形式，其危害也是最为严重的。当地 下资源被开采出来以后，破坏了采空区四周岩石的原始应力状态，应力为了达到 新的平衡状态重新进行分布的同时，产生了岩层和地表的移动、变形，甚至裂缝、 跨落等破坏现象，被人们称为开采沉陷【4 】。据统计，全国每年被破坏土地总量的十 分之一来自开采沉陷，目前我国因煤炭开采引起塌陷的土地超过3 万平方公里， 而且还以每年2 百平方公里的速度递增，由此可见，我国开采沉陷对土地破坏的 问题十分严重【5 J 【6 。。 矿区环境与煤炭开采的矛盾日趋尖锐。尤其像淮南、淮北这样的厚松散层矿 区，较一般地质条件下煤炭开采引起的地表沉陷，其沉陷特点表现出一定的特殊 性。比如地表下沉量大、地表移动活跃期持续时间短却剧烈等特点，对地表和建 筑的损害更为严重，已引起国内学者们的高度重视阻】。另外，两淮煤矿已有多年 的开采历史，随着开采强度和广度的加大，重复采动在其煤炭开采过程中将不可 避免的成为一种主要的采动方式。针对以上说述，加快对厚松散层下重复采动地 安徽理工大学硕士学位论文 表移动规律和理论的研究是十分必要的。不仅可以提高煤炭资源采出率，降低开 采损害使建筑物和地表生态环境的保护得到加强，还可以增加煤炭企业的经济效 益并减少工农之间纠纷。对实现煤炭资源的绿色开采和可持续发展也具有十分重 要的理论价值和实际意义。 1 ．2 国内外研究历史与现状 1 ．2 ．1 国外开采沉陷研究历史与现状 国外开采沉陷研究大致可分三个阶段第一阶段1 9 0 0 年前，假说、推理阶段， 始于1 8 3 8 年，多里斯提出第一个开采沉陷理论“垂线理论”，后经比利时学者哥 诺特发展为“法线理论”，接着F a y o l 、H a u s s e 相继提出“拱形理论“ 与“二分带 理论“ 等；第二阶段是1 9 0 1 年至二次世界大战，现场实测、规律认识阶段，美国、 英国、苏联等国大量的学者对地表移动进行了系统观测，总结分析地表移动变形 规律，其中H a l b a u m 得出地表应变与曲率半径之间成反比的理论，还有史米茨， 凯因霍尔斯特、巴尔斯等人都对开采影响的作用区域及分带作了研究，为影响函 数法奠定了基础【7 】；第三阶段二次世界大战后到现在，是预测方法和预测理论建立、 实际应用阶段，期间波兰学者B u d r y k 和K n o t h e 根据几何理论推出正态分布的影 响