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基于ARIMA-LSTM的矿区地表沉降预测方法 被引量:4
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作者 王磊 马驰骋 +1 位作者 齐俊艳 袁瑞甫 《计算机工程》 北大核心 2025年第1期98-105,共8页
煤矿开采安全问题尤其是采空区地表沉降现象会对人员安全及工程安全造成威胁,研究合适的矿区地表沉降预测方法具有很大意义。矿区地表沉降影响因素复杂,单一的深度学习模型对矿区地表沉降数据拟合效果差且现有的地表沉降预测研究多是单... 煤矿开采安全问题尤其是采空区地表沉降现象会对人员安全及工程安全造成威胁,研究合适的矿区地表沉降预测方法具有很大意义。矿区地表沉降影响因素复杂,单一的深度学习模型对矿区地表沉降数据拟合效果差且现有的地表沉降预测研究多是单独进行概率预测或考虑时序特性进行点预测,难以在考虑数据的时序特征的同时对其随机性进行定量描述。针对此问题,在对数据本身性质进行观察分析后选择差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型进行时序特征的概率预测,结合长短时记忆(LSTM)网络模型来学习复杂的且具有长期依赖性的非线性时序特征。提出基于ARIMA-LSTM的地表沉降预测模型,利用ARIMA模型对数据的时序线性部分进行预测,并将ARIMA模型预测的残差数据辅助LSTM模型训练,在考虑时序特征的同时对数据的随机性进行描述。研究结果表明,相较于单独采用ARIMA或LSTM模型,该方法具有更高的预测精度(MSE为0.262 87,MAE为0.408 15,RMSE为0.512 71)。进一步的对比结果显示,预测结果与雷达卫星影像数据(经SBAS-INSAR处理后)趋势一致,证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 煤矿采空区 地表沉降预测 时序概率预测 差分整合移动平均自回归 长短时记忆网络
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基于Boltzmann时间函数的地表任意点沉陷动态预计 被引量:2
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作者 徐良骥 孙志豪 +2 位作者 刘潇鹏 张坤 曹宗友 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期715-731,共17页
煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采... 煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采导致地表沉陷动态过程的准确预计,根据地表沉陷动态规律总结出理想时间函数模型的形态,据此引入Boltzmann时间函数模型,从下沉量、下沉速度、下沉加速度3个方面对该模型进行分析,发现其能够满足地表沉陷动态趋势;探究该时间函数模型各参数对模型图像的影响,确定其物理意义并分别定义为最终下沉量A、最大下沉速度出现时间t0、下沉急缓程度系数B,从而构建基于Boltzmann时间函数的动态预计模型参数体系;通过对单点实测下沉量进行拟合发现该模型拟合精度较传统动态预计模型更高,拟合优度R^(2)达到0.9988;对矿区地表监测点实测下沉量进行参数反演,根据反演结果建立了沉陷盆地内任意点动态预计参数与地表最大下沉量、回采速度及覆岩岩性系数的相关关系,给出了该模型各动态预计参数在地表任意点的计算方法,并利用收集的6个工作面数据验证其精度可靠;构建了融合Boltzmann时间函数与概率积分法的地表沉陷动态预计模型,可实现对沉陷盆地内任意点任意时间的地表沉陷预计;运用该预计模型求得多时期下沉量并对其进行精度验证,结果显示开采过程中的动态预计相对误差保持在6.0%以内,相对误差最小值为2.7%。 展开更多
关键词 开采沉陷 动态预计 Boltzmann时间函数 概率积分模型 下沉速度
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再论大采高采场顶板“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构 被引量:2
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作者 闫少宏 路洋波 +1 位作者 尹希文 徐刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1894-1906,共13页
针对大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构进行研究,采高加大必然引起采场覆岩在横向、纵向的活动范围加大,由于采场覆岩自下而上运动以及冒落碎胀的特点,必将使采空区冒落空间在某一时间趋近于零,因此提出了对采场支架产生... 针对大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构进行研究,采高加大必然引起采场覆岩在横向、纵向的活动范围加大,由于采场覆岩自下而上运动以及冒落碎胀的特点,必将使采空区冒落空间在某一时间趋近于零,因此提出了对采场支架产生作用力的顶板岩层是有范围的,即存在边界层并给出了边界层的概念和判断方法。随着采场的继续推进,采空区冒落的矸石将继续在上覆岩层的作用下发生蠕变而再次压缩变形,从而引起上覆岩层多次下沉传导,引起地表沉陷直至最终稳定,因此从对采场矿压显现有影响的角度将采场至地表的覆岩分为近场岩层和远场岩层。近场岩层为支架上方至边界层内的复合岩层,远场岩层为边界层至地表的复合岩层,近场岩层运动规律是采场矿压研究的重点、远场岩层运动规律是开采地表沉陷研究的重点。基于大采高采场下位复合顶板在垮落前不能触矸而呈“组合短悬臂梁”结构、其上位复合顶板岩层在采场前方煤壁、支架与直接顶联合支撑体、采空区冒落矸石支撑下在采场横向呈“铰接岩梁”结构的特点,提出了大采高采场近场岩层中直接顶、基本顶的新概念并给出了定量化判定方法,从而形成了大采高采场顶板“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构。呈“铰接岩梁”结构的基本顶岩层一般会有一层甚至多层,取决于采高与顶板岩层的厚度、强度、层位等,其形成铰接结构的基本条件是:(1)基本顶可能下沉量小于其极限下沉量(Δ_(m)<Δ_(j));(2)在结构面的中截面上部应力大于其抗拉强度(σ_t>[R_t])且下部应力小于其抗压强度(σ_(c)<[R_(c)]);(3)断裂步距大于其厚度的2倍。以曹家滩煤矿10 m超大采高采场为工程背景,通过现场实测分析得到边界层存在的客观性。作为大采高采场“组合短悬臂梁-铰接岩梁”定量化结构理论的应用,研究确定了曹家滩煤矿10 m超大采高采场设备回撤专用垛式支架的支护强度。 展开更多
关键词 组合短悬臂梁-铰接岩梁结构 边界层 近场与远场岩层 极限下沉量 可能下沉量
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过河段顶管施工河床地表沉降影响规律 被引量:1
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作者 盛松涛 安子玥 +1 位作者 周洪云 刘杰 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第7期133-141,共9页
过河段顶管工程水文地质条件复杂,流固耦合下岩土体的重度增加、内聚力和内摩擦角降低,顶管施工中会进一步加剧土体的变形,甚至造成突水冒顶事故。以某市雨污分流工程的过河段顶管施工为依托,分析了河床地表沉降机理;运用COMSOL软件建... 过河段顶管工程水文地质条件复杂,流固耦合下岩土体的重度增加、内聚力和内摩擦角降低,顶管施工中会进一步加剧土体的变形,甚至造成突水冒顶事故。以某市雨污分流工程的过河段顶管施工为依托,分析了河床地表沉降机理;运用COMSOL软件建立过河段顶管施工三维数值模型,采用强度折减法对岩土体的c、φ值进行折减;深入研究了过河段顶管施工周边土体的应力、河床地表沉降及管道直径、注浆压力和土体弹性模量等参数对地表沉降的影响规律。研究发现:河床地表沉降数值模拟结果与Peck经验公式吻合度较高;管道周围土体应力呈近“M”型分布,且距离管道越近,土体应力曲线更接近“M”型;管道直径越大,最大沉降越大且沉降槽越宽;注浆压力越大、弹性模量越小,顶管开挖对土体的扰动程度越大,河床地表沉降也越大。 展开更多
关键词 顶管施工 流固耦合 强度折减 地表沉降 数值模拟
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基于栅格信息量法的区域地面沉降风险评价——以河北省沧州市为例 被引量:1
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作者 刘波 李诗浓 +3 位作者 李伟 王文鹏 鲁程鹏 束龙仓 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第3期919-929,共11页
地面沉降风险诱发因素复杂、空间分布差异较大,为科学开展地面沉降风险评估工作,本研究提出栅格信息量法的地面沉降风险评价方法。首先通过计算各栅格化评价指标与地表形变量之间的信息量值,定量表征两者之间的关联程度;然后构建包含危... 地面沉降风险诱发因素复杂、空间分布差异较大,为科学开展地面沉降风险评估工作,本研究提出栅格信息量法的地面沉降风险评价方法。首先通过计算各栅格化评价指标与地表形变量之间的信息量值,定量表征两者之间的关联程度;然后构建包含危险性、脆弱性和暴露度3个方面共11项指标的评价体系;再采用主客观综合赋权方法确定权重并计算风险值,通过受试者工作特征曲线进行的可靠性检验后进行风险评价;最后将上述方法应用于2022年河北省沧州市地面沉降风险评价。结果表明:相较于脆弱性评价指标,危险性和暴露度评价指标的栅格信息量值偏高。危险性评价指标中,年平均地面沉降速率为高风险指标,当年平均地面沉降速率为-127~-17 mm/a时,信息量值为1.538,对地面沉降风险的危险性最大;暴露度评价指标中,人口密度为高风险指标,当人口密度>5430人/km^(2)时,信息量值为1.923,对地面沉降风险的暴露度最高。沧州市1 km空间分辨率下地面沉降风险等级为高、较高、中、较低、低五个等级的区域面积占比分别为9.90%、24.91%、31.12%、23.05%、11.02%;高风险区主要集中在沧州市主城区、肃宁县、黄骅市等区域,中风险地区主要分布于沧州市西部区域。栅格信息量法对沧州市地面沉降风险评价的可靠性较好,准确度达到0.714。 展开更多
关键词 风险评价 栅格信息量法 地面沉降 主客观组合赋权 河北省沧州市
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程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律相似模拟研究 被引量:1
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作者 王平 齐梦寒 +3 位作者 骆正杰 陈国兴 韩亚民 冯俊 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期250-258,共9页
以程潮矿-570m中段、-675m中段矿体与围岩为研究对象,采用室内相似模拟试验方法,对程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律进行研究,分析了深部分区开采下地表沉降与围岩应力随开采深度变化规律。相似模拟研究表明:随着开采深度的增加,地... 以程潮矿-570m中段、-675m中段矿体与围岩为研究对象,采用室内相似模拟试验方法,对程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律进行研究,分析了深部分区开采下地表沉降与围岩应力随开采深度变化规律。相似模拟研究表明:随着开采深度的增加,地表沉降数值亦呈增长趋势;在相似模拟试验所有待采矿体开采完毕之后,地表最大沉降点为8#地表监测点,总沉降值为19.058mm,地表最小沉降点为1#地表监测点,总沉降值为2.199mm;从应力变化规律上可知无底柱崩落法对矿岩的应力变化影响较大,而充填体的充填对空区的保护作用显著。通过数值模拟分析和程潮矿实际地表监测数据对相似模拟试验结果进行工程验证,综合分析3组数据得出了分区开采目标矿体时地表的沉降值对新程潮大湾的稳定性不产生较大影响的结论。 展开更多
关键词 深部开采 地表沉降 相似模拟 工程验证
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地表动态沉陷对废弃露天矿坑建设抽水蓄能电站的影响评价 被引量:1
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作者 李杨 雷兴海 +9 位作者 王楠 任玉琦 金向阳 王可 蒋逵超 葛鹏 夏雪 李铁峥 石孝明 王玉亮 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期56-69,共14页
地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knoth... 地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knothe时间函数的地表动态沉陷预测模型;对海州露天矿区岩土体蠕变参数进行反演和敏感性分析,研究了露井联合开采不同时期地表沉陷规律;分析了2020—2120年抽水蓄能电站所在剖面沉陷灾害分布,最后对抽水蓄能电站建设和运营期间的稳定性进行了评价。研究结果表明:地表沉陷受煤层倾角、煤层埋深、开采厚度、边坡角度和采空区空间分布等因素影响,最大沉陷值、影响范围和持续时间均大于单一的井工开采方式;综合考虑井工和露天开采相互影响的修正Knothe时间函数模型能更准确地预测地表动态沉陷;基于CVISC蠕变模型建立的露井联合开采三维数值计算模型,具有较好的适用性和准确性;上水库和抽水管路距影响区域的最小距离分别为254.9、15.1 m,半地面厂房位于采空区的影响范围内;注浆充填治理采空区能有效控制地表动态沉陷(平均减小85%沉陷值),废弃海州露天矿坑建设抽水蓄能电站具有可行性。研究成果对于废弃露天矿区的地表动态沉陷可持续预测、地质灾害防治和剩余资源开发具有重要意义。 展开更多
关键词 露井联合开采 废弃露天矿坑 抽水蓄能电站 地表动态沉陷 稳定性评价
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沉陷区大直径天然气管道受力变形全尺寸试验研究
8
作者 王文 洪磊 +4 位作者 任建东 芦晓伟 龚爽 郭润生 董淼 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期890-901,共12页
为研究煤与天然气重叠区域内开采沉陷作用下埋地天然气管道的力学特征及变形演化模式,研制均匀载荷下大直径天然气管道受力变形试验装置,结合管道变形理论和数值模拟软件研究了采动沉陷对埋地管道变形的影响。同时,基于全尺寸力学特征... 为研究煤与天然气重叠区域内开采沉陷作用下埋地天然气管道的力学特征及变形演化模式,研制均匀载荷下大直径天然气管道受力变形试验装置,结合管道变形理论和数值模拟软件研究了采动沉陷对埋地管道变形的影响。同时,基于全尺寸力学特征试验探究了载荷作用下大直径管道的受力变形特征并做出了安全运维分析。结果表明:随着管道下沉量的逐渐增大,管道两端的下沉量相较于管道中心较小;管道的变形于管道中心大致呈左右对称分布;管道中心相对位移量小于管道两端的相对位移量。在自重和载荷作用下,管道顶部和底部分别受压力和拉力作用,压缩和拉伸变形量从管道两端向管道中心逐渐增大,最大压缩和拉伸变形位置均位于管道中心。随着施加载荷的不断增大,管道的整体变形形态呈现出从平底状到漏斗状的演化过程。在自重作用下管道最大沉降量为45 cm,达到管道最大允许沉降量的35%,在载荷作用下管道的最大下沉量为63.6 cm,达到管道最大允许沉降量的50%。根据管道的拉伸应变和最大允许弹性极限变形量估算了管道的安全临界值。结合管土协同和非协同变形数据,计算拉伸分别为31 mm和90 mm,从管道整体失效判据角度分析,管道处于安全变形范围内,能够满足管道安全运维需求。 展开更多
关键词 开采沉陷 508埋地管道 伸缩变形 受力状态 下沉量
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“三软”厚煤层开采覆岩多层位离层注浆减沉技术及应用 被引量:3
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作者 郭文兵 吴东涛 +3 位作者 郭明杰 胡玉杭 杨伟强 王比比 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期1-12,共12页
采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性... 采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性薄板理论,建立了覆岩离层注浆保护层采动岩体结构力学模型;构建了覆岩多层位离层注浆充填空间的等效模型,并根据注浆空间上位岩层和下位岩层破断规律,给出了充填空间的最小和最大总体积;采用概率积分法并结合地表实际监测结果,评价了“三软”厚煤层覆岩多层位离层注浆效果,并对郑州矿区裴沟煤矿22151工作面开展了实例分析。结果表明:钻孔窥视验证了多层位离层注浆位置的准确性,在距煤层152.6 m中粒砂岩底部和距煤层168.6 m处细粒砂岩下方之间成功实施覆岩多层位离层注浆;工作面在开采厚度为7.1 m时,保护层厚度为25.2 m能够实现覆岩离层注浆工作的安全实施;理论计算注浆量为9.5×10^(4)~14.7×10^(4)t,实际工程注浆量约为13.3×10^(4)t,注采比约为0.41;采用覆岩多层位离层注浆开采后,地表最大下沉量为649.8 mm,大部分民房处地表最大水平变形值处于Ⅰ级损害程度内;覆岩多层位离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约77.91%。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 软硬交互覆岩 覆岩离层 多层位注浆 保护层 沉陷控制
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基于STL模型的地面沉降对地下水位响应时间滞后规律研究
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作者 刘建奎 唐军 +2 位作者 魏路 孙何凌 张震 《东华理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期282-290,共9页
地面沉降对地下水位的响应时间滞后规律是研究地面沉降机理的关键,而InSAR获取的地面沉降数据往往夹杂着多种噪声信号,难以有效进行周期规律分析。基于Sentinel-1数据,利用SBAS-InSAR方法获取安徽省砀山县2018—2023年地面沉降时序数据... 地面沉降对地下水位的响应时间滞后规律是研究地面沉降机理的关键,而InSAR获取的地面沉降数据往往夹杂着多种噪声信号,难以有效进行周期规律分析。基于Sentinel-1数据,利用SBAS-InSAR方法获取安徽省砀山县2018—2023年地面沉降时序数据,采用季节时序分解(STL)模型分析地面沉降漏斗区的形变季节周期特征,并结合时间滞后交叉相关性方法,研究季节性地面沉降对地下水位的响应时间滞后规律。结果表明,砀山县城区、县经济开发区和县高铁新区一带有明显的地面沉降现象。沉降漏斗区年周期季节信号明显,最大回弹值出现在2月中旬或5月中旬。观测站点JC01和JC02处的地面沉降与地下水位变化序列具有较强的相关性,地面沉降对地下水水位变化的响应时间分别为2个月和3个月。 展开更多
关键词 地面沉降 地下水 季节时序分解模型 滞后规律
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我国“三下”采煤技术体系与工程实践 被引量:7
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作者 郭文兵 胡玉杭 +3 位作者 胡超群 李龙翔 吴东涛 葛志博 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期19-38,共20页
我国“三下”(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下)煤炭资源丰富,开展“三下”采煤技术研究、解放“三下”压煤对提高煤炭资源采出率、优化井下采掘布局、延长矿井服务年限等具有重要意义。总结了我国“三下”压煤开采技术以及建(构)筑... 我国“三下”(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下)煤炭资源丰富,开展“三下”采煤技术研究、解放“三下”压煤对提高煤炭资源采出率、优化井下采掘布局、延长矿井服务年限等具有重要意义。总结了我国“三下”压煤开采技术以及建(构)筑物保护技术,包括部分开采、充填开采、协调开采、覆岩离层注浆技术以及地面保护、维修加固技术,并分析了各种“三下”采煤技术的优缺点和适用条件等。提出“三下”压煤开采造成建(构)筑物损害的源头是煤炭地下开采引起的覆岩破坏与地表移动,控制地表沉陷、研究地表移动变形规律是建(构)筑物下采煤的关键,减少覆岩破坏、准确预测覆岩破坏高度是水体(覆岩含水层)下安全采煤技术的关键。从经验公式、理论计算、现场实测等方面综合分析了“三下”采煤覆岩破坏与地表移动规律、地表移动变形预测、地面建筑物保护技术等。研究认为高效率、低成本、全固废、智能化覆岩离层注浆和充填开采、地下水原位保护等源头减沉控损技术将是我国未来“三下”开采技术的发展方向,并建立覆岩与地表移动变形的“天−空−地−井”一体化监测、预警机制,加强“三下”采煤工艺、全固废材料、技术与装备水平的提升,科学构建并不断完善绿色低碳、智能、安全高效的“三下”采煤技术体系。 展开更多
关键词 “三下”采煤 岩层移动 地表沉陷 采动损害与保护 覆岩离层注浆
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覆岩离层注浆层位判定及隔浆层稳定性研究 被引量:1
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作者 郭文兵 李龙翔 +2 位作者 杨伟强 白二虎 吴东涛 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期264-280,共17页
覆岩离层注浆减沉技术是保护矿区地表建(构)筑物的重要手段之一,其中注浆层位选择与其下方隔浆层完整性是决定地表减沉效果的关键因素。采用理论分析、工程试验以及现场监测等手段,对覆岩离层注浆层位判别及其下方隔浆层稳定性进行了研... 覆岩离层注浆减沉技术是保护矿区地表建(构)筑物的重要手段之一,其中注浆层位选择与其下方隔浆层完整性是决定地表减沉效果的关键因素。采用理论分析、工程试验以及现场监测等手段,对覆岩离层注浆层位判别及其下方隔浆层稳定性进行了研究。通过理论分析方法对覆岩离层注浆过程中的隔浆层变形特征进行了研究,建立了基于弹性地基梁理论的隔浆层挠曲线方程,并根据岩层破坏程度,分区计算了隔浆层下方岩体的弹性地基系数,得到了注浆压力作用下隔浆层的最大弯曲下沉值;基于岩层破坏条件给出隔浆层稳定性分析方法,计算了注浆前后隔浆层下方自由空间的高度,并依据隔浆层最大弯曲下沉值与其下方自由空间的关系,对固支梁及弹性地基梁状态下的隔浆层完整性进行了判别;在此基础上,综合考虑注浆地层条件及隔浆层稳定性,提出了一种新的覆岩离层注浆层位判别方法。该方法通过计算导水裂隙带及各关键层高度确定潜在注浆层位,然后依据隔浆层完整性分析对各潜在注浆层位的可行性进行判别,最后引入安全系数对其稳定性进行评价。以某矿11090工作面为工程应用实例,依据该判别方法确定了合理注浆层位,在距煤层139.1 m处成功实施覆岩离层注浆充填,结合地表实测数据及地表下沉预计结果,该工作面实施注浆后,地表最大下沉值为230 mm,下沉系数为0.12,减沉率达到77.6%。附近民房的最大倾斜值约为0.8 mm/m,水平变形值为0.7 mm/m,有效保护了矿区地表村庄民房,同时保障了井下采掘工作的正常进行,验证了注浆层位判别方法的合理性,为覆岩离层注浆层位设计及矿区地表沉陷控制提供了参考。 展开更多
关键词 覆岩离层注浆 隔浆层 注浆层位 地表沉陷控制 弹性地基梁
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管道破损诱发地面沉降细观模拟与影响因素分析
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作者 孙志亮 邵敏 +4 位作者 王叶晨梓 刘忠 任伟中 柏巍 李朋 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期507-518,共12页
为研究砂土在管道破损渗流侵蚀作用下的运移流失过程,探寻产生地面沉陷的主要影响因素,采用颗粒流(particle flow code,PFC)与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合的方法,针对水管直径、破损孔洞尺寸、水管埋置深度、... 为研究砂土在管道破损渗流侵蚀作用下的运移流失过程,探寻产生地面沉陷的主要影响因素,采用颗粒流(particle flow code,PFC)与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合的方法,针对水管直径、破损孔洞尺寸、水管埋置深度、砂土内摩擦角以及地下水深度5个因素,按3水平设计正交试验,开展细观数值模拟。数值试验结果发现,砂土地面沉陷呈V形漏斗分布,沉降槽随着时间增长在横向与竖向拓展。正交试验结果的极差分析与方差分析表明,地下水深度hw对沉降槽深度影响最大且显著,地下水越深,沉降槽深度越小。影响因素排序其次是破损孔洞直径d,随后是砂土内摩擦角φ与水管直径DN。水管埋置深度hs对沉降槽深度影响不明显,在此基础上,提出了不同条件下管道破损渗漏诱发地面沉陷范围的估算公式。研究结果可为市政水管防路面塌陷设计提供参考。 展开更多
关键词 管道渗漏 地面沉陷 离散元-计算流体动力学 数值模拟 正交试验
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淮南光伏沉陷塘微量元素变化特征及健康风险评价
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作者 王兴明 胡雨琴 +5 位作者 范廷玉 董众兵 梁淑英 董鹏 储昭霞 邓瑞来 《环境化学》 北大核心 2025年第1期273-287,共15页
为探究沉陷塘与非沉陷塘、光伏沉陷塘与无光伏沉陷塘、漂浮型光伏沉陷塘与立柱型光伏沉陷塘微量元素污染特征和健康风险的差异,本研究选取对光伏沉陷塘中Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Mn、Zn等7种微量元素进行测试分析,利用相关性和聚类分析,并... 为探究沉陷塘与非沉陷塘、光伏沉陷塘与无光伏沉陷塘、漂浮型光伏沉陷塘与立柱型光伏沉陷塘微量元素污染特征和健康风险的差异,本研究选取对光伏沉陷塘中Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Mn、Zn等7种微量元素进行测试分析,利用相关性和聚类分析,并采用单因子污染指数法、内梅罗指数法和USEPA模型对微量元素进行风险评价.结果表明,沉陷塘中Cd大于《中国地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水环境质量标准,最高达11.78μg·L^(−1),Cu、Zn浓度最小值分别为13.75μg·L^(−1)、34.85μg·L^(−1),均大于长江河源区背景值3.01μg·L^(−1)、6.46μg·L^(−1),呈现一定富集现象,其中,Zn富集程度较高;与无光伏沉陷塘相比,沉陷塘微量元素浓度较低,没有受到光伏面板材料的影响或光伏面板影响较小,整体表现为漂浮型光伏电站>立柱型光伏电站>无光伏沉陷塘;单因子指数法和内梅罗指数法发现沉陷塘污染水平整体表现为立柱光伏沉陷塘>漂浮光伏沉陷塘,光伏沉陷塘>无光伏沉陷塘,沉陷塘>非沉陷塘;相关性和聚类分析显示,漂浮光伏沉陷塘的污染源为冶金化工、汽车排放,立柱光伏沉陷塘的污染源为矿业开采、道路交通、燃煤和农业肥料,无光伏沉陷塘的污染源为工业生产、交通运输和内源污染,非沉陷塘的污染源为工业生产、农业肥料和道路交通;健康风险评价发现沉陷塘中非致癌物质通过饮水摄入途径和皮肤接触途径对成人和儿童造成的非致癌总风险HI均小于1,最大为0.133,处于人体可接受水平,致癌物质Cr、Cd对儿童和成人的致癌风险CR小于1×10^(−6),认为无致癌风险或致癌风险较低. 展开更多
关键词 沉陷塘 微量元素 污染评价 相关性和聚类分析 健康风险评价
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采动变形适应的无人机空间域滤波算法研究
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作者 沈润生 刘伟 +6 位作者 王峰 陈万里 张景焘 时大峰 王红波 程贺 王一哲 《金属矿山》 北大核心 2025年第8期129-136,共8页
无人机摄影测量技术在开采沉陷监测领域已得到广泛应用,然而现有方法在沉陷监测精度方面仍难以满足高标准要求。针对无人机矿区地表沉陷监测精度提升的迫切需求,提出了一种基于采动变形适应的无人机点云空间域滤波算法。该算法通过深度... 无人机摄影测量技术在开采沉陷监测领域已得到广泛应用,然而现有方法在沉陷监测精度方面仍难以满足高标准要求。针对无人机矿区地表沉陷监测精度提升的迫切需求,提出了一种基于采动变形适应的无人机点云空间域滤波算法。该算法通过深度融合开采沉陷变形机理与影像处理技术,有效抑制了无人机摄影测量中DEM差值法的随机误差,构建了符合沉陷区采动变形特征的点云空间域滤波方法。研究通过模拟试验场测试和实际矿区工程应用2个层面验证了该算法的可行性与精度提升效果。试验结果表明:在模拟试验场环境下,采用本算法后无人机沉陷监测的中误差较传统DEM差值法降低了50%以上;在实际工程应用中,测量精度较常规方法提升了38%以上,工程案例中的沉陷监测中误差控制在12 mm以内。该方法显著提高了无人机沉陷监测的精度水平,为矿区无人机变形监测的工程应用提供了可靠的技术支持。 展开更多
关键词 无人机摄影测量 沉陷监测 采动变形适应 空间域 精度提升
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苏南城镇化进程中水土环境问题解析——以锡西典型区水土污染为例
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作者 赵立鸿 武健强 +1 位作者 华明 张丽 《地质与勘探》 北大核心 2025年第3期569-579,共11页
苏南地区在向城镇化发展过程中面临着水土污染和地面沉降问题。为探究该区水土污染的空间分布规律以及与地面沉降的关系,选择锡西典型乡镇区开展调查评价,通过对水土样的统计分析揭示潜水和土壤中重金属、氮、磷、钾等元素的分布与地形... 苏南地区在向城镇化发展过程中面临着水土污染和地面沉降问题。为探究该区水土污染的空间分布规律以及与地面沉降的关系,选择锡西典型乡镇区开展调查评价,通过对水土样的统计分析揭示潜水和土壤中重金属、氮、磷、钾等元素的分布与地形地貌、人类经济活动的基本关系。研究表明,锡西工业企业周边和公路沿线的重金属污染相对严重,农田区以氮、磷、钾、硫污染为主。在地面沉降主导的低洼区内,随着沉降量增加,水土中的氯离子、钙离子、硫酸根、亚硝酸根含量有增加的趋势,重金属则不明显。目前,土壤污染仍集中在表层环境中,受土壤吸附阻滞作用,污染质随地下水迳流的迁移能力较弱,水土污染以地面传播、灌溉为主要途径。另外,对区内重金属污染的输入通量进行了估算,锌、铅是输入最多的两种元素。 展开更多
关键词 水土污染 环境评价 重金属污染 地面沉降 锡西 苏南地区
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大型引水工程地面沉降PS-InSAR监测与分析
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作者 熊春宝 安贺雯 苏广利 《测绘通报》 北大核心 2025年第7期19-25,72,共8页
南水北调工程是一项旨在缓解南北方水资源分配不均问题的国家战略工程,对工程沿线进行地表形变监测可以识别安全隐患,对这一大型引水工程的安全运行具有重要意义。本文首先基于覆盖南水北调中线工程天津支线2020年7月至2023年6月的45景S... 南水北调工程是一项旨在缓解南北方水资源分配不均问题的国家战略工程,对工程沿线进行地表形变监测可以识别安全隐患,对这一大型引水工程的安全运行具有重要意义。本文首先基于覆盖南水北调中线工程天津支线2020年7月至2023年6月的45景Sentinel-1A影像数据,采用永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)对研究区域进行地表沉降监测,得到了该地区的年平均沉降速率和累积沉降量;然后与全球导航卫星系统(GNSS)数据对比,验证了PS-InSAR技术测量地表形变的可靠性。结果表明,研究时间内研究区平均地表沉降速率范围为-72.26~17.30 mm/a;天津支线工程经过两个明显的沉降区,分别位于保定市雄县和廊坊市固安县交界处、廊坊市霸州市东部;影响该地区地面沉降的主要原因包括地下水的过度开采、城市基础设施建设及工业化进程加速导致的地面荷载增加;通过对地下水位的变化曲线与地面累计沉降量的对比可知,研究区的地表形变整体上相较于地下水位变化滞后约1~3年。 展开更多
关键词 PS-INSAR 地面沉降监测 南水北调中线工程
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区域多尺度地面沉降时空变化特征分析
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作者 王琴 宫辉力 +2 位作者 陈蓓蓓 周超凡 朱琳 《自然资源遥感》 北大核心 2025年第4期152-162,共11页
快速、不均匀的地面沉降对人类的生命和生产活动构成了严重威胁,了解地面沉降的时空演化规律对于精确的地质灾害防控至关重要。该文基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar... 快速、不均匀的地面沉降对人类的生命和生产活动构成了严重威胁,了解地面沉降的时空演化规律对于精确的地质灾害防控至关重要。该文基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar,PS-InSAR)技术获取山东省德州市的逐月地表形变信息,计算多尺度形变增量(subsidence vertical increment,SVI),并结合时间序列聚类分析、时空立方体、时空热点分析和时空异常值分析方法来探究德州市2017年7月—2021年12月多尺度SVI的时空分布特征。结果表明:通过时空序列聚类,月尺度趋势聚类不明显,季节尺度和半年尺度聚类特征更显著,且半年尺度的沉降波动较大;通过时空立方体模型呈现,月尺度的SVI连续性较差,沉降变化特征不明显,季节尺度和半年尺度沉降发生月份较为接近,呈现出每年3—8月沉降,9月—次年2月回弹的显著性规律;对德州市54个月的半年尺度SVI时空热点分析可知,加强的沉降和连续的沉降主要发生在武城县、德城区的西北部,东南部的临邑县、禹城县和齐河县主要为振荡的沉降和振荡的回弹;对多尺度SVI进行局部异常值分析可知,月尺度的沉降特征无明显规律,季度尺度和半年尺度的沉降情况相近,东部及东南部的临邑县、齐河县季节性沉降和与作物生长相关的半年尺度沉降均呈逐渐减弱,甚至回弹趋势,但半年尺度高-高聚类范围更广,回弹现象更显著。 展开更多
关键词 地面沉降 多尺度 增量 时空变化特征 PS-INSAR
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陕北采煤沉陷区覆岩层状结构对凹形黄土坡面形态的影响及土壤侵蚀效应
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作者 宋世杰 张家杰 +5 位作者 王双明 柳青 程霞 牛瑞琳 白莉 郭利鹏 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期174-184,共11页
采煤沉陷区的水土流失防治已经成为黄河中游生态保护与高质量发展亟需重点突破的关键问题。覆岩层状结构作为煤炭地质赋存的重要特征和地下采动效应自下而上传递的载体,在相同采矿条件下控制着采动后地表的基本形态,进而深刻影响着采煤... 采煤沉陷区的水土流失防治已经成为黄河中游生态保护与高质量发展亟需重点突破的关键问题。覆岩层状结构作为煤炭地质赋存的重要特征和地下采动效应自下而上传递的载体,在相同采矿条件下控制着采动后地表的基本形态,进而深刻影响着采煤沉陷区的土壤侵蚀效应及变化规律。以陕北黄土沟壑区2-2主采煤层地质赋存特征为原型,以砂层系数(60%、67%、71%、75%、83%、88%)、砂泥比(6∶4、7∶3、8∶2)2个覆岩层状结构关键特征及采厚(3 m、5 m)为变量,共构建了36个不同类型的数值模型;基于FLAC^(3D)数值模拟软件,研究了不同覆岩层状结构类型下采煤沉陷区25°凹形黄土坡面的形变特征和规律,分别采用中国水土流失方程(CSLE模型)和区域经验模型,计算与分析了凹形黄土沉陷坡面的土壤侵蚀效应。结果表明:①在既定采厚且任意砂泥比条件下,凹形黄土沉陷坡面坡度的增幅随砂层系数的增加均增大,当砂层系数超过71%时,会消除不同采厚对凹形黄土沉陷坡面形态变化的影响差异,当超过75%时则基本丧失对凹形黄土沉陷坡面形态变化的影响;②无论是年侵蚀降雨尺度(M1)还是典型场次侵蚀降雨尺度(M2)下,凹形黄土沉陷坡面土壤侵蚀模数的增幅均会随砂层系数的增加而增大,并存在迅速增大、趋于稳定的两段式变化过程,M1增幅为4.18%~5.39%,M2增幅为6.71%~8.05%,当砂层系数超过75%时,基本丧失对凹形黄土沉陷坡面不同尺度土壤侵蚀模数变化的影响;③在既定砂层系数条件下,砂泥比≤60%对应的M1和M2增幅明显高于砂泥比>60%;④砂层系数是影响凹形黄土沉陷坡面土壤侵蚀变化的首要覆岩层状结构特征,可作为陕北采煤沉陷区坡面尺度水土流失效应“地下超前防控”的重要地质依据。对于“砂层系数≤75%”的采煤沉陷区,可以通过控制地下采厚的方式实现坡面尺度水土流失效应的超前防控;对于“砂层系数>75%”的采煤沉陷区,地表坡面土壤侵蚀的加剧程度已不再对地下采厚敏感,以致在满足区域土壤侵蚀强度总体控制目标的前提下,还存在增大采厚、提高采煤效率的空间。 展开更多
关键词 采煤沉陷 覆岩层状结构 砂层系数 土壤侵蚀 黄河中游
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不同平差方法分析山西地区重力场的变化特征
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作者 李勇江 冯建林 +3 位作者 何辛 刘冬阳 姬计法 董磊 《地震研究》 北大核心 2025年第4期650-657,共8页
为研究山西地区重力场变化特征,利用贝叶斯平差和经典平差法,分析2015—2020年山西地震重力监测网的流动重力观测数据,得到山西断陷带内不同时间尺度的重力场动态变化,并对2种方法的计算结果进行误差和精度分析。结果表明:①2种平差方... 为研究山西地区重力场变化特征,利用贝叶斯平差和经典平差法,分析2015—2020年山西地震重力监测网的流动重力观测数据,得到山西断陷带内不同时间尺度的重力场动态变化,并对2种方法的计算结果进行误差和精度分析。结果表明:①2种平差方法在点值精度上整体相当,但贝叶斯平差法的段差序列具备更好的随机分布特征,可以更好地消除由仪器的非线性漂移对结果带来的影响;②2种方法得到的重力场变化形态一致,但变化量有所差异;③山西断陷带内重力场变化相对稳定,累积重力场变化显示,区内变化趋势具备连续性,但不同部位重力场变化特征有所差异,位于中部和中南部的太原盆地、临汾盆地重力场变化量小,南北两端的变化量较大,且变化态势相反。 展开更多
关键词 山西断陷带 贝叶斯平差 经典平差 时变重力场 流动重力
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