鲁西南矿区地表移动变形规律的综合研究.pdf

论文题目 鲁西南矿区地表移动变形规律的综合研究 作者姓名 专业名称 指导教师 论文提交日期 论文答辩日期 授予学位日期 入学时间 研究方向 职称 2 Q 兰兰生且 2 Q 曼兰生鱼且 且匹雠雠潍雠鲤生 一一一一 直幽拯韭 S T U D YO FT H EL A W SO FP A R A M E T E R SO FS U F A C E M O V E M E N TA N DD E R O R M A T I O No NS O U T H W E S T O FS H A N D O N GP R O V I N C EM I N I N GA R E A 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 A s T E R 。FP H I L 。s 。P H Y I I Y M l l l L 2 l l l l l 4 l l ≯1 1 1 1 1 4 L 6 l l l l l j 3 l l t l l l l 6 l l l l l f r o m 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 b y W e iC h e n g S u p e r v i s o r P r o f e s s o rZ h e n gW e n h u a G e o m a t i c sC o l l e g e M a y 2 0 1 3 声明 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 日 A F F I R M A T I o N q 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 fP h i l o s o p h yi 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 n a t u r e 捌以少 D a t e 加I 专．易 批叫 山东科技大学硕2 ．t 学位论文摘要 摘要 在矿区地表沉陷预测评价中，开采沉陷规律的研究是必须要解决的重要课题和研究 方向。本文针对煤炭开采引起的矿区地表沉陷对矿区生态环境、建筑物等造成破坏的问 题，主要对地表与覆岩受采动影响的移动和变形规律展开了研究。实现对开采过程中出 现的沉陷状况正确的预测，从而最大限度的减少开采沉陷造成的损失。 本文以鲁西南矿区现有的岱庄生建煤矿、北徐楼煤矿、锦丘煤矿、蒋庄煤矿、级索 煤矿、付村煤矿等多个矿井岩移观测站的实际观测资料为基础，通过对实测资料的整理 分析，利用岩层与地表移动变形的模型识别和参数识别的先进理论和方法，结合现今广 泛应用的概率积分法原理，计算得出矿区具体地质采矿技术条件下开采引起的岩层与地 表移动变形参数，对地表移动变形进行预计，并绘制各种变形曲线，为研究开采沉陷预 计及控制提供了直观可靠的技术依据。 将求得的参数作为样本空间，利用回归分析法，基于M A T L A B 软件平台，研究矿 区开采引起的地表移动变形参数与具体地质采矿条件数据之间的关系。依次进行统计分 析、曲线拟合、建立回归方程，然后进行方程的可靠性检验。系统的给出了不同地质条 件和不同开采方法的岩移参数规律，为鲁西南矿区各种类似地质采矿条件的矿井的参数 选择提供了依据，对煤矿生产和矿区生态环境保护有着重要的意义。 关键词开采沉陷；概率积分法；地表移动变形参数；样本空间；回归分析法；参数规 律 山东科技大学硕士学位论文 摘要 A B S T R A C T I nt h ep r e d i c t i o na n de v a l u a t i o nf o rt h es u b s i d e n c eo ft h em i n i n gs u r f a c e ，t h es t u d yo nt h e l a w so fs u b s i d e n c ed u et om i n i n gi sa ni m p o r t a n tp r o b l e ma n dr e s e a r c ha r e a ，w h i c hi s n e c e s s a r yt or e s o l v e ．I na c c o r d a n c ew i t ht h es u r f a c es u b s i d e n c ep r o b l e mo fd a m a g ec a u s e db y m i n i n g ，s u c ha st h ed a m a g et ot h em i n ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，b u i l d i n g s ，e t c ．t h es t u d yo n t h es u r f a c ea n do v e r l y i n gs t r a t am o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o nl a wa f f e c t e db ym i n i n gi sc a r r i e d o u t ．T h i st h e s i sm a k e sc o r r e c tp r e d i c t i o n sf o rt h em i n i n gs u b s i d e n c ed u r i n gt h em i n i n g ，t h u s m l ‘n l ‘m l ‘z l ‘n gm i n i n gs u b s i d e n c el o s s e s ． T h er e a lo b s e r v a t i o n so fm u l t i p l em i n er o c km o v e m e n to b s e r v a t i o ns t a t i o n ss u c ha s D a i z h u a n gm i n e ，B e iX u l o um i n e ，J i n q i um i n e ，J i a n g z h u a n gm i n e ，J i s u om i n e ，F u c u nm i n e h a s b e e na n a l y z e di nt h i st h e s i s ．B a s e do nt h ea d v a n c e dt h e o r i e sa n dm e t h o d so fr o c ka n ds u r f a c e m o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o nm o d e la n dp a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o n ，t h ep a p e rc a l c u l a t e st h e m i n i n gr o c ka n ds u r f a c em o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o np a r a m e t e r sc a u s e db ym i n i n gu n d e rt h e s p e c i f i cg e o l o g i c a la n dm i n i n gt e c h n i c a lc o n d i t i o n s ．I ta l s ou s e st h ep r i n c i p l eo fp r o b a b i l i t y i n t e g r a t i o nm e t h o dw h i c hi sw i d e l yu s e d ．I td r a w s av a r i e t yo fd e f o r m a t i o nc u r v e ，p r o v i d i n ga n i n t u i t i v ea n dr e l i a b l et e c h n i c a lb a s i sf o rt h es t u d yo fm i n i n gs u b s i d e n c ep r e d i c t i o na n dc o n t r 0 1 ． T h ec a l c u l a t e dp a r a m e t e r sa r eu s e da st h es a m p l es p a c e 。B a s e do nM A T L A Bs o f t w a r e p l a t f o r m ，t h ep a p e rs t u d i e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg r o u n dm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n p a r a m e t e r sc a u s e db ym i n i n ga n dd a t ao fs p e c i f i cg 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 i n gt h e m e t h o do fr e g r e s s i o na n a l y s i s ．I tm a k e ss t a t i s t i c a la n a l y s i s ，c u r v ef i t t i n g ，r e g r e s s i o ne q u a t i o n ． T h e nt h er e l i a b i l i t yo ft h ee q u a t i o ni st e s t e d ．T h el a wo fd i f f e r e n tg e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n d d i f f e r e n tm i n i n gm e t h o d ss t r a t am o v e m e n ti ss y s t e m a t i c a l l yg i v e n ，p r o v i d i n gar e f e r e n c ef o r t h ec a l c u l a t i o no ft h ep a r a m e t e r so ft h em i n ea n do t h e rm i n e sw h i c hi si ns i m i l a rw i t ht h e g e o l o g i c a la n dm i n i n gc o n d i t i o n s ．T h es t u d yh a sa ni m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo nc o a lp r o d u c t i o n a n dm i n ee c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n K e y w o r d s m i n i n gs u b s i d e n c e ；p r o b a b i l i t yi n t e g r a t i o nm e t h o d ；g r o u n dm o v e m e n ta n d d e f o r m a t i o np a r a m e t e r s ；s a m p l es p a c e ；r e g r e s s i o na n a l y s i s ；p a r a m e t e rl a w 山尔科技大学硕士学位论文目录 目录 l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 选题依据与背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．3 课题的研究方法和内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 鲁西南矿区地质条件及测站布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 鲁西南矿区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．2 鲁西南各矿区地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 鲁西南各矿区工作面测站布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 3 地表移动变形参数的求取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．1 开采沉陷预计理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 地表移动变形计算参数的求取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．3 地表移动变形角值参数的求取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 地表移动变形参数规律的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 4 。1 回归方程模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 4 ．2 回归方程形式的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．3M A T L A B 在回归分析中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 5 鲁西南矿区地表移动变形参数的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 5 ．1 观测数据的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 7 5 ．2 矿区地表移动变形参数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 6 鲁西南矿区岩移参数规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 6 ．1 参数样本数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 6 ．2 地表移动变形计算参数的规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l 6 ．3 地表移动变形角值参数的规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 7 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 7 ．1 总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 l 山东科技大学硕士学位论文 目录 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 攻读研究生期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 2 山东科技大学硕士学位论文 目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1T h e b a c k g r o u n do f t h e s u b j e c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．1 1 ．2R e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．3T h ec o n t e n t sa n dm e t h o d so f t h i ss u b j e c t ．．．⋯．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．3 2G e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n ds u r v e y i n gs t a t i o ni ns o u t h w e s to fS h a n d o n g m i n i n ga r e a ．．．．．．⋯⋯．．．．．⋯．．⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．．．．．．．．．．5 2 ．1T h ec o n d i t i o na b o u t m i n i n ga r e a ⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2 ．2T h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa b o u ts o u t h w e s to fS h a n d o n gP r o v i n c em i n i n g a r e a ．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．⋯．．⋯．．．⋯．，．．．．．．．⋯．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．8 2 ．3T h ec o n d i t i o n o fo b s e r v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3D e t e r m i n a t i o no fr o c ks t r a t am o v e m e n tp a r a m e t e r s ．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．2 2 3 ．1T h ei n t r o d u c t i o nt h e o r i e so f m i n i n gs u b s i d e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2P r e d i c t i o np a r a m e t e r so fr o c ks t r a t am o v e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，2 4 3 ．3 A n g l ep a r a m e t e r so fr o c k s t r a t am o v e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4R e s e a r c ho nl a w so fp a r a m e t e r s ⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 4 ．IT h em o d e l so fr e g r e s s i o na n a l y s i ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 4 ．2T h er e g r e s s i o ne q u a t i o nf r o mj u d g m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．3T h ea p p l i c a t i o no fM A T L A Bi nr e g r e s s i o na n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 5L a w so fp a r a m e t e r so ns o u t h w e s to fS h a n d o n gm i n i n ga r e a ．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 5 ．1T h ep r o c e s s i n go fs u r v e y i n gD a t a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 5 ．2T h ed e t e r m i n a t i o no fp a r a m e t e r so ns o u t h w e s to fS h a n d o n ga r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 6L a w so f p a r a m e t e r so ns o u t h w e s to f S h a n d o n gm i n i n ga r e a ．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 6 ．1T h ep r o c e s s i n go fs a m p l eD a t a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 6 ．2 T h el a w so fc a l c u l a t e p a r a m e t e r s ．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．5 1 6 ．3T h el a w so f c a l c u l a t ea n g l ep a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 7C o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 7 ．1M a i nc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 山东科技大学硕士学位论文 目录 7 ．2 P r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 A c k n o w l e d g e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 R e f e r e n c ed o c u m e n t s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．6 9 T h em a i na c h i e v e m e n td u r i n gt h ep o s t g r a d u a t e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 4 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 绪论 1 ．1 选题依据与背景 开采沉陷导致矿区地表下沉，房屋及道路下沉，农田沉陷积水、建筑物裂缝等一系 列环境破坏问题。在矿区，地下采煤是引起地表移动并导致地面建筑物破坏的主要原因 【2 J 。同时，开采沉陷还是制约矿山生产的一个瓶颈。尤其是对我国来说，在以后很长的 时期内仍需要以煤炭开采为主，矿区的大量开采，势必会影响到地表、岩层的移动，造 成矿区环境的破坏，影响国民经济的发展。 矿山开采实践证明，多数情况下，矿山开采会对地表环境造成很大危害，同时采取 煤层限制减轻地表沉陷会导致大量煤炭资源的浪费，不利于煤矿经济的协调可持续发展。 当前，很多国家对煤层开采沉陷做了深入的研究，寻求解决这一难题的办法，但是这些 问题并没有解决。 开采沉陷规律的研究深刻影响着人民生活水平的提高和国民经济地发展。必须掌握 不同的地质条件、开采方法引起的地表移动和变形的规律，确定矿区地表移动变形参数， 可以正确的预测开采过程中将会出现的沉陷状况，以减少开采沉陷造成的损失。在采动 过程中随时根据岩移观测资料对开采方案作出适当的修改，采取适当的措施降低对环境 的影响。 本课题是在鲁西南矿区数十个矿井的实时岩移观测资料的基础上进行的。首先求取 单个矿井的地表移动变形参数，然后寻求整个鲁西南矿区区域性的地表移动变形参数与 具体地质开采技术条件的关系。总结出鲁西南矿区地表移动变形参数对于不同的上覆岩 层、采深、开采方法的规律。 1 ．2 ．1 开采沉陷理论研究进程 1 ．2 国内外研究现状 早在1 8 3 8 年，多里斯已经提出“垂线理论”。后经比利时学者发展成“发现理论”， D u m o n t 又进行了修正，提出了新的计算模型，后来又相继出现了一系列的理论和假设。 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 8 9 5 年德国柏留克城地面突然坍塌、房屋毁坏严重。由此，人们对开采沉陷危害问题有 了高度重视，然后进行一些专门的研究，开始对地表移动变形进行系统观测。基于地表 移动观测成果综合分析和移动规律探讨，产生了新的学科领域一开采沉陷学。1 9 0 3 年海 尔鲍姆提出了地表应变与曲率半径成反比的理论。后来在1 9 0 7 年，K o r t e n 揭示了水平移 动和水平变形的分布规律。 二战后由于工业革命促进经济的发展，需求的矿产量越来越大，地下开采的加剧引 起了更大的开采损害，并造成了更多的财产损失和人员伤亡，因此开采沉陷的研究受到 各国的重视，形成了一系列成熟的沉陷理论，如前苏联学者利用塑性力学理论研究地表 移动规律，确立了水平移动与地面倾斜成正比的观点。后来随着“三带理论”的提出， 为地表移动变形分布规律及相关的参数规律的分析研究，开辟了典型曲线法计算地表移 动变形的方法。 我国是从建国后开始开采沉陷的研究工作，1 9 5 3 年聘请哥尔地克给北京矿院的研究 生和青年教师讲授“岩层与地表移动”课程。1 9 5 5 年“岩层与地表移动“ 正式成为矿山 测量专业大学生的专业课程。1 9 5 6 年开滦煤炭研究所矿山测量研究室对岩层与地表移动 进行大量的实地观测研究工作。1 9 6 5 年，中国学者刘宝深、廖国华编著了煤矿地表移 动的基本规律将概率积分法全面引入我国，为预计开采沉陷提供了重要的依据【6 】。1 9 8 1 年刘天泉、仲惟林等系统总结了概率积分法在我国实践应用中的经验，提出了覆岩破坏 的虎贲规律。19 8 6 年，张玉卓在连续介质理论基础上发展了岩层移动的错位理论，这些 经典的理论一直沿用至今。1 9 9 7 年赵经彻、何朝满博士将采矿学、环境学、开采沉陷学、 力学、数学、及计算机等学科联系起来，提出了跨学科研究方式。1 9 9 7 年于广明等初步 提出了开采沉陷的非线性机理和规律，该理论基于非线性科学角度。 1 ．2 ．2 开采沉陷预计的方法 开采沉陷预计方法主要有剖面函数法、连续介质力学方法、影响函数法、概率积分 法相似材料模拟方法、数值计算方法、典型曲线法 5 】，其中概率积分法是最常用的方法。 经过我国开采沉陷工作者几十年的努力，适合我国实际情况的多种预计方法已经建 立。其中概率积分法是我国应用最广泛的开采沉陷计算方法。 山东科技大学7 页士学位论文 绪论 1 ．3 课题的研究方法和内容 本课题研究的指导构想与思路是以鲁西南矿井地表移动观测站的观测资料为基础， 整理分析地表移动变形观测资料和相关的地质采矿技术条件，应用概率积分法，求取矿 井具体地质采矿技术条件下开采引起的岩层与地表移动变形参数，利用M A T L A B 进行 数据拟合，总结出鲁西南矿区不同采深、不同开采方法的岩层与地表移动变形参数变化 规律。 1 ．3 ．1 研究内容 具体研究内容如下 1 收集、整理鲁西南数十矿井地表移动观测站原始观测资料和该矿井相关的地质 采矿技术条件 如上覆岩层、开采深度、开采方法等 。 2 对每个矿区的地表观测数据进行分析处理，对数据进行去噪处理，解决参数稳 定性的问题。 3 利用概率积分法结合地表沉降变形的模型识别理论与方法，求取矿区具体地质 采矿技术条件下开采沉陷预计参数 下沉系数、开采影响传播角、水平移动系数、主要 影响正切值 。预计各观测站在充分采动或接近充分采动时的地表移动变形，并且绘制各 种变形曲线图。 4 根据己获得的计算和角值参数当作为样本空问，利用回归分析的方法总结各矿 井不同采深、不同开采方法 全采、条带、采充填式条采 、不同上覆岩层与地表移动变 形参数变化规律，通过M A T L A B 数据拟合，求取参数规律的经验公式。 1 ．3 ．2 拟解决的关键技术 通过地表移动变形的模型识别理论、方法与概率积分法的结合，进行该矿区具体地 质采矿技术条件下开采引起的岩层与地表移动变形参数的求取，并对鲁西南矿区各矿井 地表移动变形进行预计。 利用回归分析方法，将鲁西南矿区实测的参数与上覆岩层还有各种相关的地质资料 综合分析。利用M A T L A B 进行数据拟合，得出鲁西南矿区各矿井地表移动变形参数与 山东科技大学硕仁学位论文 绪论 各种地质条件的关系，建立了鲁西南矿区岩移计算参数的经验公式。 山东科技大学硕士学位论文鲁西南矿区地质条件及测站布设 2 鲁西南矿区地质条件及测站布设 2 ．1 鲁西南矿区概况 鲁西南矿区是枣庄、济宁、菏泽矿区的总称。鲁西南矿区枣庄境内的主要煤矿有岱 庄生建煤矿、北徐楼煤矿、锦丘煤矿、蒋庄煤矿、级索煤矿、付村煤矿等矿井，济宁境 内的有金乡煤矿，菏泽境内的煤矿有郭屯煤矿。 1 、付村煤矿 付村矿井位于济宁市微山县城东南约6k m ，行政区划隶属于济宁市付村镇管辖。其 地理坐标为东经1 1 7 0 0 2 ’0 1 ”～1 1 7 0 0 47 2 0 ”E ；北纬3 4 0 4 8 ’2 4 ”～3 4 0 5 3 ’3 4 ”N 。该矿井 井田面积2 3 ．4 8 9 3 k m 2 ，东西宽约3 ．1 概，南北长约9 ．0k m ，开采标高一1 5 0 “ - - - - ．8 5 0m 。 区内地势平坦，为一东北向西南略有倾斜的滨湖冲积平原，地面标高 3 1 ．4 4 ～ 3 8 ．1 5 m ，地形自然坡度约1 ％D ，主要由陆地、洼地和湖区三部分组成。陆地西南低东北高，标 高为 3 3 ．3 4 “ - - 3 8 ．1 5m ，一般多在 3 5 ．0m 左右，相对高差在5m 以内，西部和南部村庄 较密集，由于筑有防洪堤坝，一般不受洪水威胁；洼地地面标高为 3 2 ．0 7 ～ 3 7 ．7 2m ， 该地段原为湖区，后因东股闸下引河掘通，河道的泥土排至沿湖一带，使地面高度增加 而形成洼地，又因与湖区标高接近，故局部地段时常有积水；湖区范围内除东股闸下引 河与卫河之间尚有l k m 2 的陆地外 标高 3 3 ．0 ～ 3 3 ．5m ，近岸地段湖底标高为 3 1 ．4 4 ～ 3 2 ．5 8m ，一般多在 3 2 ．0m 之下，均被湖水淹没。 付村矿井的主、副、南风井和中央风井四个井筒的井口标高均为 3 7 ．7 0 m ，高于本 区历史最高洪水位 3 6 ．4 8 聊 ，因此，付村矿井不受洪水威胁。 2 、锦丘煤矿 枣庄市锦丘煤矿有限责任公司位于滕州市滨湖镇，处于滕州市的西北方向，井田境 界坐标为东经E 1 1 6 0 5 47 2 3 ”～1 1 6 0 5 7 ’4 3 ”，北纬N 3 5 0 0 07 4 5 ”～3 5 。0 4 ’1 2 ”。矿井东部以 第2 7 勘探线为界，与东大煤矿、留庄煤矿为邻；西部与滨湖煤矿为界；北部以大刘庄断 层为界，与北徐楼煤矿为邻；南部与王晁煤矿相邻。矿井距滕州市区约2 3 k m ，区内公路 四通八达，济 宁 ～微 山 公路从工业广场大门旁经过，向北可直达邹城市、济宁市； 山东科技大学硕士学位论文鲁西南矿区地质条件及测站布设 向南可直达枣庄市、微山县城。话部濒临独山湖，矿区附近设有岗头港和辛安港航运码 头，南距独山湖留庄港航运码头约3 k m ，可全年通航百吨船只，经京杭运河向北可达济 宁、嘉祥及河北省南部一些县市，向南可达苏、浙、沪一带，交通十分便利。 井F 只内地形平坦，地势由东北向西南逐渐降低，地面标高4 - 3 4 ．2 ～- 3 7 ．1 m 。一般在 3 6 m 左右，相对高差小，属山前冲积、洪积及湖积平原区。总的趋势为西高东低。 3 、蒋庄煤矿 蒋庄井田位于滕南矿区中部，京沪铁路线以西，地跨滕州市与微山县，北距滕州市 2 5 k m ，南距微山县1 6 k m ，官 桥 一柴 里 矿区铁路专用线在矿井北面穿过，东至京 沪铁路官桥站1 3 k m ，微 山 一滕 州 公路在井田中部穿过，井田南端东至官桥，西 至江苏沛县均有公路相通，西南部的南四湖及京杭大运河可通航千吨货轮，南至江、浙， 北达京、塘，水陆交通方便。 以原李集断层现改为姚桥断层为界，东段与付村煤矿接壤，西段与高庄矿井为邻。 西部；北段以高庙断层、栾庄断层、徐庄断层与柴里煤矿相邻。南段以高庙断层为界与 崔庄煤矿接壤。东部；以尹家洼断层为界东南段与岱庄煤矿相邻。东北段与田陈煤矿相 邻。 矿井原设计地质储量为2 4 3 6 1 ．9 万吨，可采储量为1 4 8 2 5 ．5 万吨，其中第一水平地 质储量为1 7 7 0 5 ．1 万吨，可采储量为1 0 5 9 3 。6 万吨；第二水平地质储量为6 5 5 6 。8 万吨， 可采储量为4 2 3 1 ．9 万吨。 蒋庄煤矿自1 9 8 9 年投产以来，产量逐年增加，其中2 0 1 1 年生产原煤2 7 0 余万吨。 截止2 0 11 年末矿井累计查明资源储量1 9 9 3 8 ．6 万吨，全矿井保有资源储量为1 4 5 11 。8 万 吨。 4 、级索煤矿 滕州市级翔 集团 级索煤矿位于山东省滕州市级索镇及微山县留庄乡交界处，行 政区划归级索镇、留庄乡管辖。地理坐标为东经11 6 0 5 5 ’2 9 ”～1 1 6 0 5 87 2 4 ”，北纬 3 5 0 0 07 0 5 ”～3 5 0 0 2 ’5 0 ”。自然边界东以张坡断层与1 7 煤层露头相交点，西至4 1 勘探线， 南到1 7 煤露头线，北以张坡断层为界。平面上呈长条形，东西平均长约5 ．8k m ，南北平 均宽约1 ．2 ／o n ，面积5 ．5 7 9 5k m 2 。级索煤矿东距滕州市火车站2 0k m 。井田内公路可直达 济宁、滕州、微山等县市。西、南为南四湖，矿井西距留庄港航运码头3k m ，可通往京 杭大运河。公路纵横交错，水陆交通极为便利。 坐奎型垫查兰堕兰堂堡笙苎量堕堕笙垦些堡垒竺垄型苎塑堡 滕县煤田的北部为中低山区，东部为丘陵区，西部则与独山湖相连。煤田内地形平 坦，地势由东北向西南逐渐降低此同t t 寸，地面标高 3 3 ～ 6 2 聊，坡度为1 ．6 ％0 。属山前 冲积、洪积及湖积平原区。 级索煤矿区内地形平坦，地势由东向西逐渐降低，地面坡度约千分之一，属滨湖冲 积平原，海拔标高 3 9m ～ 3 5m ，工业广场及井口标高分别为 3 8m 矛1 1 3 9 ．5m 。 5 、岱庄煤矿 山东省岱庄生建煤矿的井田