实测岩移数据处理与规律研究.pdf

论文题目 实测岩移数据处理与规律研究 作者姓名 领域名称 指导教师 副指导教师 王洼 测绘工程 盛抠 型明塑 论文提交E l 期 论文答辩日期 授予学位日期 入学时间 研究方向 职称 职称 2 Q 曼量刍E 月 至Q 量刍E 亘旦 S T U D Yo N T H ED A T AP R o C E S S I N GA N DT H EL A W So F M E A S U R E DD A T A o FR O C KS T R A T AM O V E M 匝N T AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M L A S T E RO FE N G I N E E 砒N G S h a n d o n gU 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 W a n g T a o S u p e r v i s o r P r o f e s s o rC h e n gS h u C o l l e g eo fG e o m a t i c s M a y 2 0 1 5 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名易白 日 期仉歹．‘．g Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． s i g ⋯心移哆妒 7 D a t e 俨．6 ．8 士尸 山东科技人学工程硕士学位论文 摘要 摘要 由于煤层开采后，会引起地表移动与变形，对地表建筑物、农田及生态环境的破坏 很大，给矿区的发展和周围人民的生活造成很大的影响。因此，为研究煤层开采引起地 表移动与变形的规律，很多矿区在各自开采工作面上方地表布设了许多地表移动观测站， 根据获取的实测资料，研究本矿区的岩移参数规律，以指导本矿区的开采实践。 本文以某矿区7 2 6 9 工作面和7 2 6 7 工作面开采的地表移动观测站实测资料为基础， 分析了实测数据处理的方法，包括概率积分法及岩移参数的求取方法等，改进了传统的 观测成果的整理方法，以观测点的观测坐标为处理对象进行数据整理，并用测点移动矢 量分解的方法，求取其在任意指定方向上的水平移动量；利用插值和回归分析的方法对 观测数据中的缺失数据进行修复研究，在修复分析的基础上对实测资料进行成果计算， 得出了移动与变形的剖面线图、实测下沉等值线图及水平移动等值线图根据已整理分 析的实测资料，借助岩移数据处理系统求取了7 2 6 9 工作面、7 2 6 7 工作面、7 2 6 7 和7 2 6 9 综合工作面的计算参数，根据三个工作面的下沉系数验证了小工作面修正法在该矿区及 类似地质采矿条件下的适用性，并根据实测资料和模拟计算的方法求得各工作面的角值 参数和动态参数，为该矿区开采沉陷的预计及计算参数的研究提供了技术依据和参考论 讦。 关键词开采沉陷，地表移动观测站，概率积分法，岩移参数，参数修正 山东科技大学工程硕士学位论文摘要 A B S T R C T C o a lm i n i n gc a u s e dg r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ，w h i c hc a u s i n gl a r g ed a m a g et o t h es u r f a c eb u i l d i n g s ，f a r m l a n da n de c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，c a u s i n gg r e a ti m p a c to nt h e d e v e l o p m e n ta n dl i f eo fp e o p l ea r o u n dt h em i n e ．T h e r e f o r e ，t os t u d yt h el a wo fg r o u n d m o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o nc a u s e db yc o a lm i n i n g ，i nm i n i n gs u r f a c em a n ym i n e ss e ta n u m b e ro fs u r f a c em o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a t i o n ，t h e nb a s e do nt h em e a s u r e dd a t aa c q u i s i t i o n ， r e s e a r c h i n gr o c km o v e m e n tp a r a m e t e r so f t h em i n i n gl a w , g u i d a n c ef o rm i n i n gs u b s i d e n c e T h i sp a p e rw a sb a s e do nt h eo b s e r v a t i o nd a t ao fm i n i n gs u b s i d e n c eo ft h e7 2 6 9a n d 7 2 6 7w o r k i n gf a c e ，a n a l y z e dt h ep r o c e s s i n gm e t h o do ft h em e a s u r e dd a t aw h i c hi n c l u d e t h ep r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o da n dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fr o c km o v e m e n tp a r a m e t e r , i m p r o v e dt h et r a d i t i o n a lm e t h o do fd a t as o r t i n g ，p r o c e s s e dt h ec o o r d i n a t e sd a t ao fo b s e r v a t i o n p o i n t sa n db ym e a s u r i n gp o i n tm o t i o nv e c t o rd e c o m p o s i t i o nm e t h o dt os t r i k ei t sl e v e li nt h e a m o u n to fm o v e m e n to fa n yg i v e nd i r e c t i o n ；F o rt h ec a s eo fm i s s i n gd a t ai nt h eo b s e r v a t i o n a l d a t a , t h ep a p e ru s e dt h em e t h o d so fi n t e r p o l a t i o na n dr e g r e s s i o na n a l y s i st or e p a i r , b a s e do n t h ea n a l y s i so ft h er e p a i ro ft h em e a s u r e dd a t ar e s u l t s ，o b t a i n e dt h es u r f a c ep r o f i l eg r a p ho ft h e m o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ，t h ec o n t o u rm a po ft h em e a s u r e ds u b s i d e n c ea n dh o r i z o n t a l m o v e m e n t ；A c c o r d i n gt o t h em e a s u r e dd a t ah a v eb e e na n a l y z e d ，w i t ht h eh e l po fd a t a p r o c e s s i n gs y s t e mt os t r i k er o c km o v e m e n t ，o b t a i n e dt h ec a l c u l a t i o np a r a m e t e r s ，o ft h e7 2 6 9 ， 7 2 6 7 ，7 2 6 7a n d7 2 6 9w o r k i n gf a c e ，a n da c c o r d i n gt ot h r e ew o r k i n gs u r f a c es u b s i d e n c e c o e f f i c i e n t ，v e r i f i e dt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h es m a l lw o r k i n gf a c ec o r r e c t i o nm e t h o di nt h em i n e a n dt h es i m i l a rg e o l o g i c a lm i n i n gc o n d i t i o n s ，u s e dt h em e a s u r e dd a t aa n dt h em e t h o do f s i m u l a t i o nt oc a l c u l a t et h ea n g l ep a r a m e t e r sa n dd y n a m i cp a r a m e t e r s ，p r o v i d i n gar e f e r e n c e f o rf u t u r er e s e a r c ha n dd e m o n s t r a t i o no fm i n i n gp a r a m e t e r s ． K e y w o r d s l a n ds u b s i d e n c e ，s u r f a c em o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a t i o n ，p r o b a b i l i t yi n t e g r a l m e t h o d ，r o c km o v e m e n tp a r a m e t e r s ，p a r a m e t e rc o r r e c t i o n 山东科技大学工程硕士学位论文目录 目录 1 缌} 论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题依据与选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 课题研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．3 主要研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 实测数据处理方法与理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 实测数据整理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．2 概率积分法预计理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 计算参数的求取方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．4 角值参数的求取方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．5 动态参数的求取方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15 2 ．6 回归分析理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 3 地表移动观测站设置与观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。19 3 ．1 观测站设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．2 观测站的观测工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 4 观测数据的分析与处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．1 观测资料缺失数据的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 4 ．2 观测成果的整理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 5 岩移参数计算及修正规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．1 计算参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 4 5 ．2 参数修正规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 5 ．3 角值参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．4 动态参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 5 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 { 躇文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 山东科技大学工程硕士学位论文 目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．IB a c k g r o u n da n db a s i so f t h es u b j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2D e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hs t a t u so f m i n i n gs u b s i d e n c e ⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．．．．⋯- ．．1 1 ．3T h em a i nc o n t e n t sa n d t e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2T h e s t u d yt h e o r yo f t h em e a s u r e dr o c km o v e m e n td a t a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1M e a s u r e dd a t ac o l l a t i o n ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2 ．2P r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯ 2 ．3C a l c u l a t i n gm e t h o do f c a l c u l a t i o np a r a m e t e r s ．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．1 2 2 ．4C a l c u l a t i n gm e t h o do f a n g l ep a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．5C a l c u l a t i n gm e t h o do f d y n a m i cp a r a m e t e r s ．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．- - ．．．．- - ⋯1 5 2 ．6R e g r e s s i o na n a l y s i st h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l7 3S u r f a c em o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a t i o ns e t t i n ga n do b s e r v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．1E s t a b l i s h m e n to f s u r f a c em o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a f i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 9 3 ．2O b s e r v a t i o no f s u r f a c em o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a t i o n ．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯2 1 4O b s e r v a t i o nd a t aa n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．1O b s e r v a t i o nd a t aa n a l y s i so f m i s s i n gd a t a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．2C o l l a t i o no f o b s e r v a t i o nr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．3S u m m a r y ．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．4 3 5C a l c u l a t i o na n dc o r r e c t i o nl a wo fr o c km o v e m e n tp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．1C a l c u l a t i o np a r a m e t e r sd e t e r m i n e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 4 4 5 ．2C o 仃e c t i o nl a wo f r o c km o v e m e mp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 5 ．3A n g l ep a r a m e t e r sd e t e r m i n e d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．一- - 51 5 ．4D y n a m i cp a r a m c t e r sd e t 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然而，近些年煤炭资源的需求逐年增加，使得许多开采条件相对好的煤矿资源储量减少 或枯竭，而我国“三下”压煤储量巨大，新建或新规划的煤矿将往“三下”进军。为最 大限度地解决“三下”压煤问题，提高资源利用利率及改善生态环境，研究实测岩移参 数规律对指导煤炭合理开采和有效控制地表沉陷有现实意义。 本文研究课题依据导师横向项目“某矿区地表移动观测站实测资料数据处理及岩移 参数研究”。该矿区在各开采工作面地表开展了地表移动观测站观测工作，获取了很多开 采过程中地表移动变形的实测资料，通过对实测岩移数据进行综合分析，求取了该矿区 的岩移参数，总结其规律，对开采的影响做出正确的预测和评价，解决本矿区的开采沉 陷问题[ 3 - 4 1 。 认识岩层与地表移动的复杂过程，需要建立在理论模型的基础上，对地表沉陷实测 数据进行整理和分析，以求定各种预计参数。为此，很多矿区开展了地表移动观测站观 测工作，获得了许多的实测数据，根据对实测数据的研究，建立不同的预计方法和预计 参数体系，为矿区的开采实践进行指导【5 】。近百年开采沉陷的研究迅速发展，地表移动 观测站的观测手段、数据处理方法及岩移参数的研究都取得较大发展。 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 1 ．2 ．1 实测数据获取及处理的研究现状 在开采沉陷的早期阶段，矿山工作者已经认识到获取开采沉陷地表实测资料的重要 性，在二十世纪初建立了最早的地表移动观测站，从此开始对地表移动进行了系统的观 N E 6 1 。 近百年，开采沉陷学发展迅速，地表移动观测站的实测资料获取手段总体来说经历 了两个阶段，即传统测量模式阶段和现代测量模式阶段。 传统的测量模式阶段即是用水准仪、钢尺、经纬仪及支距尺等传统的测量仪器对地 表移动观测站进行观测，该方法在地表移动观测中广泛应用，所用测量仪器的价格比较 低廉，使用起来也很方便，一般情况下能够满足精度要求 】；但该方法存在较多弊端， 如外业观测劳动强度大，内业计算较繁琐，观测过程中高程测量和平面测量是分开进行 的，所得结果不能完全反映某个时刻测点的空间位置，并且精度较低，特别是关于水平 移动的测量，由于钢尺量边有累积误差，且误差与边长的长短有关，当水平移动量较大 时，累计误差就更大，并且对水平移动进行观测时，一般只观测测线方向的水平移动， 不观测其垂直方向的水平移动，这对分析地表的水平移动有较大影响【8 】。 随着先进测量仪器的普及，观测手段进入到现代测量模式阶段，主要是以全站仪、 G P S 等测量仪器为标志，对地表移动观测站的观测主要是对其进行坐标观测，在工作面 开采过程中，定期地观测测点的坐标值，以确定各观测点位置的变化和观测点之间的相 对移动【9 ] 。该方法克服了传统测量模式的一些弊端，并能够很好的解决任意方向水平移 动的问题。 对应于观测手段，其实测数据处理方法也有较大的发展，主要经历了人工计算阶段 和程序实现阶段。 早期，由于观测手段和计算手段的限制，在对实测数据进行处理时，首先要对所获 取的观测值进行各种改正，然后人工进行计算各种移动变形量，并绘制移动变形曲线图， 由于实测数据庞大，人工处理耗费了大量的时间，整理起来容易出错，不利于矿区智能 化管理。 随着近些年计算机的普及应用，通过编制计算程序，实现了实测数据的处理程序化， 通过编制的计算程序可以计算出各种移动变形值，并利用绘图软件可以绘出相关的移动 变形曲线图，数据处理程序化缩短了内业处理的时间，很大程度上提高了实测数据处理 的效率。如文献[ 1 0 】以观测数据为基础，用V B 编程语言设计了计算观测点的移动变形量， 2 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 并自动绘制移动变形的曲线图，并取得较好的结果。 1 ．2 ．2 岩移参数的研究现状 为了能对开采沉陷有较好的预计，需要在实测数据处理的基础上，求取该地质采矿 条件下的岩移参数。目前，对开采沉陷的预计主要采用概率积分法，而预计的关键是确 定概率积分法的计算参数。计算参数一般是根据实测资料进行求取的，求取方法主要有 特征点法、曲线拟合法、模失法等。 在实测资料求取参数的基础上，我国矿山学者对基于概率积分法的计算参数的求取 进行了多方面的研究，提出了很多的研究思路和方法，对开采沉陷的预计有较大的积极 作用。 在确定概率积分法的计算参数时，大多数矿区主要是依据已有的经验值，或是参考 和该矿区具有类似地质条件的矿区已有的数据进行确定，显然这种方法的预计结果不准 确。针对这一问题，文献【1 作者通过回归分析法建立了预计参数和矿山具体地质采矿条 件之间的函数关系，得N - 者之间的经验公式，然后用实测数据对经验公式进行验证和 可靠性分析，最后得出在利用概率积分法预计地表移动与变形时，参数选取可直接使用 经验公式，而且能够减少预计误差。 而对于下沉系数的研究，郭文兵等[ 1 2 】利用人工神经网络对下沉系数建立了计算模 型；王拂晓、谭志祥、邓喀中利用遗传算法 G A 和广义回归神经网络 G R N N 的方 法对下沉系数建立了G A - G R N N 预测模型【1 3 】；上述两种计算模型采用我国地表移动观测 站中，部分观测成果较好的观测站实测资料作为模型学习和测试样本，利用两种模型计 算得到的结果，与实测值比较得出，利用上述两种模型能够快速较准确的确定下沉系数。 另有学者将相似理论和模糊聚类分析法引入计算参数的求取中，如刘三枝、胡贤润 利用模糊聚类分析法对多个观测站观测资料统计和计算、分类与分析，得出下沉系数在 不同类群情况下的取值范围和计算公式[ ，4 】；张文志【1 5 】、邹友峰【1 6 ] 利用相似理论中的方程 分析法，推导下沉、水平移动和水平变形的准则关系式，再利用模糊数学聚类分析法， 研究计算参数的求取及计算范围的确定，为下沉系数的计算提供了新思路。有些学者将 模型识别与参数识别的理论【1 7 _ 1 9 】、灰色预测模型【2 0 】、岭估计【2 l 】等引入概率积分法的参数 求取研究中，为研究参数的求取提供了更多的思路和方法。 山东科技大学工程硕士学位论文绪论 1 ．3 主要研究内容及技术路线 本文以此矿区7 2 6 9 工作面和7 2 6 7 工作面地表移动观测站观测资料为基础，在现有 开采沉陷理论的指导下，通过对实测资料处理分析和模拟手段展开本课题的研究。 1 ．首先收集、整理了两个工作面开采的地表移动观测站实测资料及其相关地质采矿 技术条件； 2 ．分析了实测数据研究的方法，介绍了概率积分法原理、岩移参数的求取方法及回 归分析理论。对于实测数据的成果整理，利用观测点的坐标求取测点的移动与变形，主要 包括下沉、水平移动、倾斜、水平变形、曲率及下沉速度等，并用移动矢量分解的方法 求取测点在任意指定方向上的水平移动； 3 ．对地表移动观测站实测资料进行处理与分析。由于实测资料中存在数据缺失的现 象，首先对其进行分析与处理，修复高程连续性，然后利用实测数据整理的方法计算各 测点的移动和变形量，并绘制成果图； 4 ．禾0 用概率积分法并借助岩移数据处理系统，求取7 2 6 7 工作面、7 2 6 9 工作面、7 2 6 7 和7 2 6 9 综合工作面的计算参数； 5 ．利用小工作面开采下沉系数修正法，对三个工作面的下沉系数分别进行修正，换 算到充分采动条件下，比较三个工作面充分采动下的下沉系数，验证小工作面修正法在 该矿区及类似地质条件下的适用性。同时，根据实测资料和模拟计算的方法求取角值参 数和动态参数，为矿区开采沉陷研究提供可靠的参数，为岩移参数规律研究奠定基础。 课题研究的技术路线，如下图1 ．1 所示。 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 图1 ．1 技术路线图 F i g ．1 ．1T e c h n o l o g yr o a d m a p 5 山东科技大学工程硕士学位论文 实测数据处理方法与理论 2 实测数据处理方法与理论 2 ．1 实测数据整理 传统的地表移动观测站的观测工作，所用的测量仪器主要是水准仪、经纬仪、钢尺 及支距尺等，主要对高程、距离和支距进行观测。在内业观测成果整理时，首先对观测 所得的高程、距离及支距进行各种改正计算，然后利用人工计算各移动与变形值，并绘 制各种移动变形曲线图。该方法的处理结果虽然能满足要求，但是存在着诸多弊端，如 精度低，人工计算耗费时间长，易出错，特别对水平移动的观测，观测时只对沿测线方 向的点进行水平移动观测，在对水平移动的整体分析时存在较大影响。随着现代技术的 发展，一些先进测量仪器如全站仪、G P S 等的普及，在地表移动观测站的观测工作中， 所观测的主要内容是观测线上测点的坐标【7 】，其观测成果的整理及移动和变形的计算已 不同于传统的方法。在内业整理时，观测点之间的高程和距离都可由坐标计算求得，可 以根据坐标求得各点的移动变形值，并且坐标观测成果确定的是点的移动矢量，可根据 移动矢量计算得到任意方向的水平移动量，从而可以很好的解决传统观测成果整理中存 在的问题。 关于坐标情况下的移动和变形的计算主要包括测点的下沉与水平移动，相邻点间 的倾斜和水平变形，相邻线段问的曲率变形及观测点的下沉速度等。移动和变形的计算 公式如下 1 期0 点的下沉 调A X Cn 点首次观测的高程为氐，m 次观测时的高程为以．，，2 点的下沉值为睨，则 m 次观测时胛点的下沉值％ 氐一％，m m 。 2 ．1 正负号规定测点下沉为正直，上升为负值。 2 坝0 点的水平移动 传统计算测点水平移动的方法是根据测点聊次观测与首次观测时至观测线控制点 间的水平距离之差求得【2 】。目前的方法是通过坐标差和移动矢量分解的方法进行计算。 如下图所示，肌次观测时， 点的坐标为 ‰，％ ，首次观测时坐标为 X o ，y o 。 6 山东科技大学工程硕士学位论文实测数据处理方法与理论 图2 ．1 测点水平移动及移动矢量分解示意图 F i g ．2 ．1M e a s u r e dp o i n th o r i z o n t a lm o v e m e n ta n dm o t i o nv e c t o re x p l o d e dv i e w 如上图所示，在测量坐标系中，x 轴方向代表南北方向，Y 轴方向代表东西方向， 根据第m 次观测和首次观测得到的坐标，利用观测坐标差求出测点在南北方向与东西方 向的水平移动，如下式所示 南北方向水平移动U x m x o 2 ．2 东西方向水平移动％ Y m Y o 2 ．3 而要求沿工作面走向或倾向方向的水平移动，或沿任意指定方向的水平移动时，不 能通过观测坐标直接相减的方法求得，此时可以通过移动矢量分解的方法求出。具体方 法是把测点的移动矢量分解到指定方向和其垂直方向，求出沿指定方向和垂直于指定方 向的水平移动量。如上图2 ．1 所示，要计算与x 轴夹角为0 的某一方向上的水平移动量时， 可以把测点的移动矢量D 分解成虬和呱，乩、“分别为沿指定方向和垂直指定方向 的水平移动矢量，即 U “ D 2 ．4 根据测点两次测得坐标，可以求得测点的移动量D 和矢量夹角口如下 D √ 靠- x 0 2 ％- Y o 2 2 ．5 卢 a r c t a n c 吲， 汜6 ， 根据图形关系可以推导出 山东科技大学工程硕士学位论文实测数据处理方法与理论 a 9 0 。- 0 一卢 2 ．7 式中0 为指定方向与x 轴的夹角；a 为移动矢量分解夹角，口为测点矢量夹角。 从而可以求出沿指定方向和垂直于指定方向的水平移动量U 和q ，公式如下 U ． s i n a - D s i n 9 0 。- 0 - a r c 协 酬 ．瓜哥瓦丽 泣8 ， U 。 c o s a - D c 。s 9 0 。- 0 - ⋯剥 ．瓜可石哥 ㈦9 ， 由于移动矢量方向的不同和指定方向的不同，在计算