堤坝下采煤沉陷规律及治理技术研究.pdf

硕士学位论文 堤坝下采煤沉陷规律及 治理技术研究 Study on Subsidence Law and Treatment Technology for Mining under Riverbank 作 者王拂晓 导 师谭志祥 教授 中国矿业大学 二〇一五年六月 万方数据 中图分类号 TD325 学校代码 10290 UDC 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 堤坝下采煤沉陷规律及 治理技术研究 Study on Subsidence Law and Treatment Technology for Mining under Riverbank 作 者 王拂晓 导 师 谭志祥 申请学位 工学硕士 培养单位 环测学院 学科专业 大地测量学与测量工程 研究方向 开采沉陷及变形监测 答辩委员会主席 郭广礼 评 阅 人 郭广礼、康建荣 二○一五年六月 万方数据 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电 子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和 科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 万方数据 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 王拂晓 在规定的学习年限内， 按照研究生培养方案 的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本 学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同， 论文撰写格式符合学校的相关规定， 同意将本论文作为学位申请论文 送专家评审。 导师签字 年 月 日 万方数据 万方数据 致致 谢谢 又是一年芳草绿，又是一年离别时，转眼间三年的研究生生活就要结束了。 闭上眼睛可以瞬间调出研一第一天来矿大的记忆，每一个场景都清晰可触；睁开 眼睛距离开矿大已时日不多，每一刻时光都有心留念。离别在即，借此机会向所 有关心、 帮助和鼓励我的家人、 老师、 同学和朋友表示由衷的感谢和深深的祝福。 首先，感谢我的恩师谭志祥教授。本论文是在谭老师的悉心指导下完成的， 从论文的选题、确定研究内容、资料搜集、实验设计等每一个细节谭老师都给了 细心的指导和帮助，若没有谭老师的指导和鼓励，论文是不可能顺利完成，论文 之内，有我成长，论文之外，受益良多。师从三载，收获颇丰，感慨颇多。谭老 师严谨的治学态度、渊博的学识、深刻的见解、积极的人生态度和不断进取的科 学精神如春风细雨般激励着我； 谭老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我 无尽的启迪；通过言传身教，对我的科研和生活各方面产生深远的影响。最后， 再次感激谭老师三年来的培养和教育，您辛苦了 感谢邓喀中教授为我们提供 A407 这样好的学习环境，您严谨的治学态度和 乐观积极的生活态度是学生终生的学习榜样， 您赠送我们的生活格言 “事在人为， 莫道万般皆是命；境由心生，退后一步自然宽” ，学生将永记在心，在此向邓老 师的关心和帮助表示衷心的感谢 感谢 A407 实验室的李培现、柳聪亮、刘辉、姚国标、陈炳乾、于洋、张祥、 黄继磊、庄会富博士，牛海鹏、郭仓、韩晶、李斌、王业显、严剑锋、刘晓菲、 王江涛、范雪婷、张坤、刘伟璞、元亚菲、赵伟颖、冯军、杨俊凯、赵晨亮、程 丹、程熙、陈华、赵宝成、陈宏念、王刘宇硕士等师兄弟姐妹在我研究生期间给 予的帮助，致以最为真挚绵长的谢意，是你们让我感受到了家庭的温暖，让我体 味到了团结的力量，或许明天我们将会各自天涯，但我相信总有那么一根感情线 牵引着我们，让我们彼此不会疏远，这三年有您们真好 感谢我的宿舍好友张伟、李星光、邓海峰在学习生活中给予的帮助 感谢环测学院大地测量专业硕 12 级的各同学，你们的帮助我将铭记在心 感谢我的父母和姐姐，正是由于你们默默的付出和无私的关心，我才得以完 成研究生的学业。 最后感谢参加论文答辩的各位专家，感谢你们对论文的指导和帮助 万方数据 I 摘摘 要要 论文以堤坝下采煤为主要研究对象， 以堤坝下采煤堤坝沉陷规律为主要研究 内容，以鲍店矿十采区为原型，通过现场实测、理论分析等手段，主要获得以下 结论 1研究了鲍店矿十采区在进行堤坝下采煤时所引起的堤坝移动变形规律， 掌握了堤坝下采煤堤坝的动静态沉陷规律，当工作面推进到河堤下时，堤坝下沉 剧烈且集中，此时应对堤防加强巡视，防止险情发生。分别获得了鲍店矿十采区 3上和 3下工作面开采地表移动的概率积分法预计参数。堤坝移动变形与地表移动 变形基本一致，基本上随着地表的变形而变形。 2采用各种线性以及非线性模型研究了开采沉陷地表下沉数据插值的方法。 研究结果表明， 三次样条曲线函数模型能够较好的对少量测点数据的丢失进行插 值。BP 神经网络模型能够充分利用前期的观测数据，对较多测点的丢失数据进 行插值，且效果很好。 3充分利用鲍店矿十采区已有的 8 个工作面的观测数据，采用合适的插值 方法，将倾向观测线的下沉数据进行叠加，获得超充分采动时的地表移动规律， 并回归分析了倾向线宽深比与下沉系数的关系。结果表明，地表下沉系数与宽深 比之间呈二次函数关系。当宽深比逐渐增大时，下沉系数逐渐增大；当宽深比达 超过一定值后，下沉系数趋于某一定值。 4分析了概率积分法边缘误差的原因，研究了堤坝下采煤煤柱上方预计下 沉值的修正模型， 获得了鲍店矿十采区煤柱上方预计下沉值的修正公式及适用范 围。 5根据 103上08 工作面具体地质采矿条件，结合前面的研究成果，确定了概 率积分法预计参数，并进行了开采沉陷预计，给出了地表下沉、倾斜、曲率、水 平移动、水平变形等值线图，分别分析了 103上08 工作面开采后对河堤产生的影 响。 6介绍了堤坝下采煤的综合治理措施和堤防治理技术。 结合 103上08 工作面 开采的实际情况，提出了适用于该工作面开采的堤防综合治理措施。 该论文有图 98 幅，表 5 个，参考文献 94 篇。 关键词关键词开采沉陷；堤坝下采煤；数据插值；超充分采动；修正模型；综合治理 万方数据 II 万方数据 III Abstract This paper selects the mining under riverbank as the main research objects, the surface subsidence laws for mining under riverbank as the research content, takes 10th Mining Area of BaoDian Mine as prototype, through field observations, theoretical analysis ,we draw the following conclusions 1Analysis and study on the surface movement and deation law for mining under riverbank in 10th mining area of Baoian Mine. Master the surface static and dynamic laws for mining under riverbank. The parameters of the probability integral for mining in 10th mining area of BaoDian Mine 2 Various linear and nonlinear model of subsidence of surface subsidence by Surface subsidence data interpolation of mining subsidence is studied by using various linear and nonlinear model.The results of the study show that, the cubic spline function model can be used to interpolate the measured data of a few missing points. BP neural network model can make full use of the observation data of measuring points. It’s effect is very good to interpolate the data of multi-missing points. 3 Make full use of the observation data of 8 working face in 10th mining area of BaoDian Mine. In order to obtain the surface subsidence law of ultra-full mining, the subsidence data is superimposed by using appropriate interpolation . It’s regressive analysed that the relationship between width-depth ratio and subsidence coefficient. The result show that, it’s quadric relationship between width-depth ratio and subsidence coefficient. When width-depth ratio increases gradually, gradually increasing the subsidence coefficient; When the width-depth ratio exceeds a certain value, the subsidence coefficient tends to a certain value. 4It’s analysed that the reason of edeg-error predicted by probability-integral and studied the correction model of surface subsidence prediction value for mining under riverbank. The correction ula of subsidence prediction value and the scope of application is obtained. 5According to the geological and mining conditions of 103upper08 working face, mining subsidence is predicted using the prediction parameters of probability integral . It’s analysed that the impact of riverbank after mining 103upper08 working face using the contour map of surface subsidence, tilt, curvature, horizontal movement, horizontal deation. 万方数据 IV 6According to the actual situation of 103upper08 working face, a comprehensive management measures for riverbank is advanced. The paper has 98 figures, 5 tables, 94 references. Keywords mining subsidence; mining under riverbank; interpolation; ultra-mining; correction model; comprehensive management measures 万方数据 V 目目 录录 摘摘 要要 ........................................................................................................................ I I 目目 录录 ........................................................................................................................ V V 图清单图清单 ...................................................................................................................... IXIX 表清单表清单 ...................................................................................................................... XVXV 变量注释表变量注释表 .......................................................................................................... XVIIXVII 1 1 绪论绪论 ........................................................................................................................ 1 1 1.1 研究的背景和意义 ................................................ 1 1.2 国内外研究现状 .................................................. 2 1.3 主要研究内容及技术路线 .......................................... 6 1.4 本章小结 ........................................................ 7 2 2 研究区域概况研究区域概况 ........................................................................................................ 8 8 2.1 鲍店矿区概况 .................................................... 8 2.2 鲍店矿区地质采矿条件 ............................................ 8 2.3 白马河流域及堤坝概况 ........................................... 10 2.4 相关工作面概况 ................................................. 10 2.5 本章小结 ....................................................... 11 3 3 鲍店矿白马河堤下采煤堤坝移动规律研究鲍店矿白马河堤下采煤堤坝移动规律研究 ...................................................... 1212 3.1 103上02 工作面开采堤坝移动规律 ................................. 12 3.2 103上03②工作面开采堤坝移动规律 ................................ 18 3.3 103下02 工作面开采堤坝移动规律 ................................. 23 3.4 103上04②工作面开采堤坝移动规律 ................................ 27 3.5 103上06②工作面开采堤坝移动规律 ................................ 30 3.6 103下03 工作面开采堤坝移动规律 ................................. 35 3.7 103上05②工作面开采堤坝移动规律 ................................ 42 3.8 103上07 工作面开采堤坝移动规律 ................................. 46 3.9 相关参数综合分析 ............................................... 50 3.10 堤坝移动变形与地表移动变形之间的关系 .......................... 52 3.11 本章小结 ...................................................... 54 4 4 鲍店矿白马河堤下采煤超充分采动沉陷规律研究鲍店矿白马河堤下采煤超充分采动沉陷规律研究............................................ 5656 万方数据 VI 4.1 开采沉陷下沉数据插值方法研究 ................................... 56 4.2 鲍店矿白马河堤下采煤超充分采动规律 ............................. 65 4.3 本章小结 ....................................................... 68 5 5 堤坝下采煤地表预计下沉值修正模型研究堤坝下采煤地表预计下沉值修正模型研究 ...................................................... 6969 5.1 概率积分法边缘误差的原因分析 ................................... 69 5.2 堤坝下采煤地表预计下沉值修正模型 ............................... 69 5.3 本章小结 ....................................................... 75 6 6 堤防治理技术研究及工程应用堤防治理技术研究及工程应用 ............................................................................ 7676 6.1 堤防治理技术 ................................................... 76 6.2 103上08 工作面开采地表沉陷预计 ................................. 79 6.3 堤防治理技术应用 ............................................... 85 6.4 本章小结 ....................................................... 86 7 7 结论及展望结论及展望 .......................................................................................................... 8787 7.1 结论 ........................................................... 87 7.2 展望 ........................................................... 87 参考文献参考文献 .................................................................................................................. 8989 作者简历作者简历 .................................................................................................................. 9595 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 .............................................................................................. 9797 学位论文数据集学位论文数据集 ...................................................................................................... 9999 万方数据 VII Contents Abstract .......................................................................................................................... I Contents ........................................................................................................................ V List of Figures ............................................................................................................. IX List of Tables ..............................................................................................................XV List of Variables ...................................................................................................... XVII 1 Introduction ................................................................................................................ 1 1.1 Research Background and Siginificance ................................................................. 1 1.2 Status of Research at Home and Aboard .................................................................. 2 1.3 Main Contents and Technical Routes ....................................................................... 6 1.4 Summary .................................................................................................................. 7 2 General Situation ....................................................................................................... 8 2.1 General Situation of BaoDian Ming Areas ....................................................................... 8 2.2 Geological and Ming Conditions of BaoDian Ming Areas ........................................... 8 2.3 General Situation of BaiMa River Basin and Riverbank ............................................. 10 2.4 General Situation of Working Face .................................................................................. 10 2.5 Summary ................................................................................................................................ 11 3 Research on Surface Subsidence Law for Mining under Baima River of BaoDian Min ............................................................................................................................... 12 3.1 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper02 Working Face .................. 12 3.2 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper03② Working Face .............. 18 3.3 Riverbank Movement Law for Mining of 103lower02 Working Face .................. 23 3.4 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper04② Working Face .............. 27 3.5 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper06② Working Face .............. 30 3.6 Riverbank Movement Law for Mining of 103lower03 Working Face .................. 35 3.7 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper05② Working Face .............. 42 3.8 Riverbank Movement Law for Mining of 103upper07 Working Face .................. 46 3.9 Comprehensive Analysis of the Relevant Parameters ........................................... 50 3.10 Correlation of movement between riverbank and surface ................................... 52 3.11 Summary .............................................................................................................. 54 4 Subsidence Law of Ultra-full Mining under Baima River of BaoDian Mine ....... 56 万方数据 VIII 4.1 Study on the Interpolation of the Surface Subsidence Data ..................... 56 4.2 Law of Ultra-full Mining ....................................................................................... 65 4.3 Summary ................................................................................................................ 68 5 Correction Model of Surface Sunsidence Prediction Value for Mining under Riverbank ................................................................................................................. 69 5.1 Reason Analysis of Edeg-error predicted by Probability-integral ............ 69 5.2 Correction Model of Surface Subsidence Prediction Value for Mining under Riverbank .............................................................................................................. 69 5.3 Summary ................................................................................................................ 75 6 Study on the Technology of Riverbank Management and Engineering Application ...................................................................................................................................... 76 6.1 Technology of Riverbank Management ................................................................. 76 6.2 Prediction of Surface Subsidence for Mining of 103upper08 Working Face ........ 79 6.3 Application using Technology of Riverbank Management .................................... 85 6.4 Summary ................................................................................................................ 86 7 Conclusions and Prospect ........................................................................................ 87 7.1 Conclusions .............................................................................