西北厚松散层矿区开采沉陷预计与可视化研究

论文摘要

开采沉陷预计是开采沉陷学的核心内容之一。西北矿区是我国重要的煤炭生产基地,该区地貌复杂,地表黄土层覆盖厚度大,地下采煤引起的地表变形破坏具有特殊性。对厚松散层覆盖条件下的开采沉陷问题进行深入研究,建立合理的地表移动预计模型并开发相应的预计程序,对于西北矿区安全采煤及其地面保护具有重要意义。本文基于厚松散层矿区开采沉陷预计的理论模型,采用C#语言开发了相应的预计程序,并利用Visual Studio 2005实现了预计结果的可视化。论文的主要研究结果如下:(1)针对厚黄土覆盖条件下的矿区开采沉陷双层介质模型,依据随机介质理论原理导出了地表沉陷的双重概率积分预计公式。新的预计模型将上覆地层按土层和基岩两种不同介质分别选取预计参数,克服了常规概率积分法在选取综合预计参数时的不确定性,提高了预计结果的可靠性,在西北黄土覆盖矿区具有较好的实用性。(2)利用可视化的程序开发工具Visual Studio2005,基于C#语言完成了厚松散层开采沉陷预计模型的程序实现,程序可以对近水平煤层或缓倾斜煤层在充分采动或非充分采动情况下的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动及水平变形分别进行预计,同时可以计算出地表沉陷盆地内任意一点的地表移动变形值。(3)基于C#语言并结合开源控件ZedGraph,实现了主断面上的各种移动变形预计曲线和沉陷盆地内移动变形等值线图的绘制。利用OpenGL图形接口,实现了地表移动变形数据的三维显示。(4)以彬长矿区大佛寺煤矿40301工作面为研究实例,利用所编制的程序完成了地表移动变形预计与数据可视化。通过与该工作面地表沉陷观测结果的对比,证实了本文预计模型及程序计算的可靠性,预计结果可满足西北矿区开采沉陷预计的要求。本文的研究成果为西北矿区开采沉陷的准确预测及其地面保护研究提供了新的技术手段和有力的信息支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及研究的意义
• 1.2 课题的国内外研究现状与动态
• 1.2.1 开采沉陷预计理论研究现状与动态
• 1.2.2 开采沉陷预计软件研究现状
• 1.2.3 本领域需要进一步研究的问题
• 1.3 本文的研究内容、方法与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 研究的技术路线
• 1.3.4 论文的结构安排
• 2 西北厚松散矿区开采沉陷预计理论模型
• 2.1 黄土层与基岩采动变形分解原理
• 2.2 基岩变形破坏类型划分
• 2.2.1 基岩面弯曲下沉状态
• 2.2.2 基岩面断裂下沉状态
• 2.2.3 基岩面充分下沉状态
• 2.3 基岩开采沉陷预计计算模型
• 2.3.1 基岩面弯曲下沉计算模型
• 2.3.2 基岩面断裂下沉计算模型
• 2.3.3 基岩面充分下沉计算模型
• 2.4 地表开采沉陷与变形计算模型
• 2.4.1 地表下沉预计
• 2.4.2 地表水平移动预计
• 2.4.3 地表变形预计
• 2.4.4 最大移动变形量计算模型
• 2.5 预计参数的确定方法
• 2.6 小结
• 3 开采沉陷移动变形预计系统设计
• 3.1 程序设计原理与系统运行环境
• 3.1.1 可视化程序设计原理
• 3.1.2 系统运行环境
• 3.2 开采沉陷变形预计的程序实现
• 3.2.1 程序设计思路
• 3.2.2 程序设计流程
• 3.2.3 程序界面设计
• 3.2.4 主要计算模块功能实现
• 3.3 小结
• 4 开采沉陷预计结果可视化表达
• 4.1 数据可视化技术
• 4.1.1 数据可视化技术概念
• 4.1.2 开采沉陷变形数据可视化
• 4.2 预计结果的二维可视化
• 4.2.1 移动变形曲线及其实现
• 4.2.2 基于ZedGraph的曲线绘制方法
• 4.2.3 预计结果移动变形曲线的程序实现
• 4.2.4 移动变形等值线的绘制
• 4.3 预计结果的三维可视化
• 4.3.1 三维地形可视化技术
• 4.3.2 基于OpenGL三维地形可视化技术
• 4.3.3 预计结果的三维可视化的程序实现
• 4.4 小结
• 5 实例应用研究
• 5.1 40301 工作面地形及地质采矿技术条件
• 5.1.1 地质采矿条件
• 5.1.2 地表沉陷变形特征
• 5.2 地表移动变形预计
• 5.2.1 预计参数计算
• 5.2.2 移动变形预计
• 5.2.3 移动曲线绘制及等值线绘制
• 5.3 预计结果及分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录