矿山地表沉陷综合治理投资决策系统研究及应用

论文摘要

煤炭是我国的主要能源,随着国民经济的发展,对煤炭的需求量不断增加。为消除煤炭生产的负面影响,煤炭工业不仅要实现煤炭生产的可持续发展,而且要实现煤矿区经济和环境的可持续发展。为此,本文提出在采煤沉陷区建立新的生态系统、开发煤炭的替代产品或替代产业,使矿区煤炭资源枯竭时,能够顺利实现产业结构调整和经济转型的可持续发展新观点。按这一观点,在煤炭生产期间,需要投入合理的资金对地表沉陷进行及时的综合治理。在详细叙述井下煤炭开采造成地表塌陷的原理、过程及其对地面建筑物、公共设施、植被等破坏作用的基础上,对九个矿区治理方案进行了综合分析。通过分析地表沉陷过程以及影响开采沉陷综合治理投资决策的地质条件和采煤技术条件等,得出“总采出量、年生产量和沉陷面积”是影响综合治理投资估算的主要因素。以这三个主要影响因素为神经元,建立了基于BP网络的沉陷治理投资预算数学模型,并用实例验证了这一模型的计算精度。用该模型进行综合治理投资估算,克服了现今人工评估法的人为误差,因此可增强投资决策的客观性、系统性和科学性。分析得出,已有治理方案存在土地整治、环境治理方面投资过少的问题。为此,在分析影响投资决策的区域经济因素的基础上,建立了区域经济影响因素专家评价指标体系,并用该指标体系干预投资估算中的土地整治和环境治理费用,使综合治理投资额更接近于实际需要。应用本文建立的数学模型,对内蒙古自治区呼伦贝尔市宝日希勒煤业有限责任公司的矿区沉陷损害及其治理费用进行了预测。根据预测结果,建议在矿山建设投资和生产成本计算中设置沉陷治理科目,预留治理资金,以满足及时治理之需要。煤矿开采沉陷与综合治理活动贯穿于煤炭生产的始终,是一个为期数年乃至数十年的历史过程,为了实现适时治理的理想目标,需要对地表沉陷过程进行监测。在用概率积分法预计地表沉陷以及基于GIS的数字高程模型(DEM)的损害评价系统基础上,本文提出利用遥感(RS)影像建立数字平面模型(DTM),结合数字高程模型(DEM)进行地表沉陷监测的方法,这一方法配合GIS技术实现开采沉陷与沉陷治理的全面可视化管理,容易达到理想的治理目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 露天开采的影响
• 1.1.2 井下开采的影响
• 1.2 开采沉陷治理状况
• 1.2.1 治理方式
• 1.2.2 治理投资决策
• 1.3 国内外相关领域的研究现状及评述
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本文研究的意义
• 第二章 矿区可持续发展
• 2.1 可持续发展理论的产生与发展
• 2.2 可持续发展的含义及实现方法
• 2.2.1 生态环境的破坏形式
• 2.2.2 可持续发展的含义及实现方法
• 2.2.3 可持续发展的基本原则
• 2.3 可持续发展理论的简要分析
• 2.4 煤矿区的可持续发展
• 2.4.1 矿区可持续发展系统
• 2.4.2 煤炭工业的可持续发展
• 2.4.3 替代产业与产品的开发
• 2.5 矿区可持续发展指标体系
• 2.5.1 指标体系
• 2.5.2 可持续发展的途径
• 2.6 矿区可持续发展对沉陷综合治理的要求
• 2.6.1 受损建筑物的搬迁
• 2.6.2 沉陷区土地整治
• 2.6.3 对沉陷综合治理的要求
• 2.7 本章小结
• 第三章 沉陷区的形成、破坏与治理
• 3.1 地下开采引起的岩层移动
• 3.1.1 地下开采引起地表下沉的力学过程
• 3.1.2 地下开采引起岩层移动的形式
• 3.2 采动岩层内的三带划分
• 3.2.1 冒落带
• 3.2.2 裂缝带（断裂带）
• 3.2.3 弯曲带（或称整体移动带）
• 3.3 地下开采引起的地表移动
• 3.3.1 地表移动的形式
• 3.3.2 地表移动盆地的形成
• 3.4 地表移动盆地内的移动和变形
• 3.5 地表移动边界的确定
• 3.5.1 移动盆地的最外边界
• 3.5.2 移动盆地的危险移动边界
• 3.5.3 移动盆地的裂缝边界
• 3.6 地表移动和变形对建筑物的影响
• 3.6.1 地表下沉和水平移动对建筑物的影响
• 3.6.2 地表倾斜对建筑物的影响
• 3.6.3 地表曲率变形对建筑物的影响
• 3.6.4 地表水平变形对建筑物的影响
• 3.7 影响开采沉陷的地质采矿因素
• 3.8 综合治理方案分析
• 3.8.1 沉陷治理方案形成过程
• 3.8.2 破坏对象及形式
• 3.8.3 综合治理方案的基本内容
• 3.8.4 投资估算方案分析
• 3.8.5 综合治理方案评述
• 3.9 本章小结
• 第四章 基于BP神经网络的沉陷综合治理投资预算模型的建立
• 4.1 沉陷区综合治理投资的影响因素
• 4.2 人工神经网络简介
• 4.2.1 人工神经网络（ANN）的特点
• 4.2.2 人工神经网络的模型
• 4.3 反向传播（BP）网络
• 4.3.1 BP网络的结构
• 4.3.2 BP网络的学习过程
• 4.3.3 信息的正向传递
• 4.3.4 权值变化及误差的反向传播
• 4.3.5 误差反向传播的流程与图形解释
• 4.4 改进后的BP神经网络
• 4.4.1 BP网络的限制与不足
• 4.4.2 BP网络的改进方法
• 4.5 基于BP网络的投资决策系统分析与设计
• 4.5.1 投资预算的BP神经网络系统分析
• 4.5.2 投资预算的BP神经网络设计
• 4.6 MATLAB的神经网络工具箱函数
• 4.6.1 数据的预处理
• 4.6.2 BP神经网络的学习规则
• 4.6.3 BP神经网络的训练和仿真
• 4.7 预算模型在MATLAB环境下的实现
• 4.8 MATLAB6.5环境下BP神经网络运算
• 4.9 舒兰矿务局沉陷综合治理投资预算的模型检验
• 4.9.1 煤层和煤质情况
• 4.9.2 舒兰矿区已采区开采技术条件
• 4.9.3 舒兰矿区地表沉陷规律及沉陷计算
• 4.9.4 舒兰矿区地表沉陷状况
• 4.10 治理方案
• 4.10.1 采煤沉陷区的地表破坏程度
• 4.10.2 采煤沉陷区的地表破坏现状
• 4.10.3 沉陷区综合治理方案
• 4.10.4 预测模型的验证
• 4.11 本章小结
• 第五章 区域经济因素的专家评价指标体系
• 5.1 建立区域经济因素专家评价指标体系的意义
• 5.2 区域经济因素及其影响
• 5.2.1 人文经济因素
• 5.2.2 地表条件因素
• 5.3 专家评价指标体系的建立
• 5.3.1 影响程度等级划分及影响权重
• 5.3.2 影响因子对投资的干预
• 5.4 本章小结
• 第六章 投资预算模型在沉陷综合治理投资预测中的应用
• 6.1 矿区自然与社会环境
• 6.1.1 矿区自然地理
• 6.1.2 矿区社会经济
• 6.2 矿区地质环境
• 6.2.1 区域地质构造
• 6.2.2 含煤地层环境
• 6.2.3 井田地质构造
• 6.2.4 煤层赋存条件
• 6.2.5 工程地质特征
• 6.3 采煤技术环境
• 6.3.1 生产情况
• 6.3.2 开采技术特点
• 6.4 矿区采煤沉陷情况
• 6.4.1 采煤沉陷特点
• 6.4.2 采煤沉陷规律
• 6.5 采煤沉陷预计
• 6.5.1 理论体系的确认
• 6.5.2 计算软件简介
• 6.5.3 沉陷参数的类比
• 6.5.4 计算块段的划分
• 6.5.5 沉陷计算内容
• 6.5.6 计算数据采集
• 6.5.7 仿真计算结果
• 6.5.8 关于稳沉问题
• 6.5.9 采煤沉陷对地表的破坏状况
• 6.6 模型的沉陷治理投资预测
• 6.7 区域经济因素的影响
• 6.8 本章小结
• 第七章 开采沉陷预计与监测
• 7.1 开采沉陷预计
• 7.1.1 开采沉陷预计的内容
• 7.1.2 开采沉陷预计的常用方法
• 7.2 地表沉陷监测
• 7.3 地表沉陷损害评价系统及监测
• 7.3.1 建立地面数字高程模型[DEM]
• 7.3.2 遥感（RS）影像数字平面模型[DTM]的建立
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 作者从事科学研究和学习经历简介
• 附件