基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型.pdf
《基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、*国家自然科学基金项目(编号:51974292)。张力杰(1986),男,工程师,250101 山东省济南市。基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型*张力杰1盛平2郑诚3(1.山东能源集团有限公司;2.中国矿业大学力学与土木工程学院;3.杭州杭港地铁有限公司)摘要复杂地形地貌等因素的影响下,山区地形下煤炭资源地下开采引起的地表移动变形过程相比平原地区对地表建(构)筑物的影响更为严重,因此准确预计山区地形下采动过程中的地表移动变形是保障建(构)筑物安全的重要前提。基于山区开采沉陷滑移模型,建立了基于改进后Knothe时间函数的山区开采地表沉陷动态预计模型,并采用山西某矿330
2、2工作面的实测地表下沉数据验证该模型的实用性与可靠性。结果表明:Knothe函数的预计模型不能很好地反映地表点下沉完整过程;改进后的Knothe函数的预计结果显著改善,各期预计值中误差相对于实测最大下沉值的相对误差最大值为6.56%,模型预计结果与实测下沉数据具有较好的一致性,满足工程需求。关键词山区采动时间函数动态预计开采沉陷DOI:10.3969/j.issn.1674-6082.2023.08.041Dynamic Prediction Model of Surface Subsidence in Mountainous Mining Based on SubsectionKnothe
3、FunctionZHANG Lijie1SHENG Ping2ZHENG Cheng3(1.Shandong Energy Group Co.,Ltd.;2.College of Mechanics and Civil Engineering,China University ofMining and Technology;3.Hangzhou Hangang Metro Co.,Ltd.)AbstractUnder the influence of factors such as complex topography and topography,the surfacemovement an
4、d deformation process caused by underground mining of coal resources in mountainous terrainis different from that in plain areas,and the impact on surface buildings(structures)is more serious.Therefore,accurate prediction of surface movement and deformation during mining in mountainous terrain is an
5、important prerequisite for ensuring the safety of buildings(structures).Based on the subsidence-slip model ofmining in mountainous areas,a dynamic prediction model of surface subsidence in mountainous miningbased on the improved Knothe time function was established,and the practicality and reliabili
6、ty of the model were verified by using the measured surface subsidence data of the 3302 working face of a mine in Shanxi.The results show that the prediction model based on the Knothe function has flaws and cannot reflect thecomplete subsidence process of surface points well.Based on the predicted r
7、esults of the improved Knothefunction,the maximum value of the relative error between the predicted value and the measured maximumsubsidence value in each period is 6.56%,and the predicted results of the model are in good agreement withthe measured subsidence data.The dynamic prediction method has a
8、chieved good engineering practice results.Keywordsmining in mountainous areas,time function,dynamic prediction,mining subsidence总第 652 期2023 年 8 月第 8 期现代矿业MODERN MININGSerial No.652August.2023据统计,国内大型生产矿井“三下”压煤量接近138亿t,各矿区建筑物下压煤问题极其严重1。我国山西、重庆、云南等地不少矿区地貌为山地、丘陵地,受地形地貌影响,采动引起的坡体滑移、地表裂缝等171现代矿业2023 年 8
9、 月第 8 期总第 652 期灾害对地表建筑物有着较强的破坏性影响。对建筑物进行维修、及时释放采动变形引起的附加应力、控制地下开采对建筑物的破坏程度,是建筑物下压煤开采的重要技术途径。地表沉陷预测,尤其是动态沉陷预测是建筑物维修、加固方案设计的重要前提。我国地表沉陷预测常见的方法包括典型曲线法、影响函数法、数值计算方法等,目前基本形成了以概率积分法为主体,多种沉陷预测方法共同发展的局面。总体而言,针对平原地区下煤层开采的地表沉陷的动态、静态预计都较为成熟,基于概率积分法与动态时间函数相结合的沉陷预测方法在各矿区获得了广泛应用2-3。山区地表沉陷预测目前主要采用 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱
10、留设与压煤开采规范 中推荐的山区地表沉陷模型,模型能够较好预测山区开采地表静态沉陷情况。山区开采沉陷动态预测仍缺少有效的方法。为了实现较高精度的山区开采沉陷动态预计效果,本文在山区开采沉陷滑移模型的基础上,采用理论研究和实测研究相结合的方法,首先评估传统Knothe 函数进行开采沉陷动态预测的效果;在此基础上,采用分段函数方法对Knothe函数进行改进,以达到工程精度需求。1山区开采沉陷动态预计理论1.1山区开采沉陷滑移模型地形地貌产生的附加滑移是山区地表移动与变形相对平原区域不同的主要原因。何万龙4根据实测数据分析,求解各观测点的滑移分量以及变形值,分析总结山区复杂地形地质条件下工作面开采引
11、起的变形分布规律,提出山区地表移动叠加原理。依据山区地表移动叠加原理,山区地表下工作面开采任意点的下沉值,等价于相同地质条件平地下任意点的下沉值与采动滑移垂直分量的叠加,该任意点的水平移动值等价于相同地质条件平地下水平移动值与采动滑移水平分量的叠加。山区地表下任意点下沉值W(x)和水平移动值U(x)的预计公式为W(x)=W(x)+W(x)U(x)=U(x)+U(x),(1)式中,W(x)和U(x)分别为山区地形下工作面开采引起的地表点下沉值与水平移动值,W(x)和U(x)分别为相同地质条件下平地地形下工作面开采引起的地表点下沉值与水平移动值,W(x)和U(x)分别为受地形影响引起的滑移下沉与水
12、平移动分量。1.2山区开采动态下沉过程以工作面走向主断面为例,通常动态预计区间的划分取决于工作面开采长度或开采单元的回采时间,若将开始时刻t=0定于开切眼处开采时,第1个开采单元的开采时间为t1,其开采速度定义为v1,则第一个开采单元的单元长度为v1t1,同理若将第n个开采单元的开采时间定义为tn,开采速度为vn,则其开采单元长度为vntn。t时刻当n个开采单元开采后,地表某点的动态移动变形由每个单元开采造成的动态移动变形值叠加而成5。第1个开采单元引起的地表下沉计算公式为W1()t=W1()t,(2)第2个开采单元引起的地表下沉计算公式为W2()t=W2()t-t1,(3)则第n个开采单元引
13、起的地表下沉计算公式为Wn()t=Wn()t-i=1n-1ti,(4)式中,Wi表示山区地形下第i个单元开采引起地表某一点的稳态下沉。假设每个开采单元的开采时间相同,则可推导出山区开采地表动态移动与变形公式。山区地形下工作面开采引起的地表动态下沉为W(x,t)=i=1nt-(i-1)t1W()xi-1-W()xi+Dxtan2xP()xi-1W()xi-1-P()xiW()xi,(5)式中,W()xi-1-W()xi为相同地质采矿条件平地下工作面第i个单元开采引起的地表下沉值,mm;Dx为山区采动滑移系数;为地表趋势面倾角;P()xi为滑移函数;n为t开采时刻的单元个数。山区地形下工作面开采引
14、起的地表动态水平移动值为U(x,t)=i=1nt-(i-1)t1U()xi-1-U()xi+DxtanxP()xi-1W()xi-1-P()xiW()xi,(6)式中,U()xi-1-U()xi为相同地质采矿条件平地下工作面第i个单元开采引起的地表水平移动值,mm。2时间函数的选取现有的各类时间函数基本能够描述地表的实际动态下沉过程,其中Sroka-Schober时间函数实现的下沉速度变化趋势与现有下沉理论相符合,但该函数的下沉速度变化曲线高度不对称,导致整个地表下沉过程中的预计效果并不理想。广义时间函数增加了一个参数A,提高了函数适应性,但其函数图像不能较好地符合现有下沉理论。Logisti
15、c增长模型时间函数描述的地表下沉、下沉速度和加速度与实际172张力杰盛平等:基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型2023 年 8 月第 8 期情况相符,但其模型参数缺乏明确的物理意义。上述时间函数具有各自的优缺点,难以直接选取适当的时间函数,因此本文针对应用最为广泛的 Knothe时间函数着手进行分析研究。2.1Knothe时间函数的分析波兰学者Knothe在1952年提出了Knothe时间函数,假设某一时刻的地表下沉速度与地表最终的静态下沉值 W0和t时刻的动态下沉值 W(t)之差成比例6-7:dW()tdt=c()W0-W()t,(7)式中,t为预计时刻到工作面开挖时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 改进 分段 Knothe 函数 山区 开采 地表 沉陷 动态 预计 模型
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。