工广地表和井架基础沉降监测与趋势分析 ——以许疃煤矿工业广场为例

论文摘要

近百年来,人类对地下水资源无节制地开采,已经在全球范围内造成了大量地表沉降现象,地表沉降会严重影响和破坏建筑物,对于煤矿工业广场而言,地表沉降会导致工业广场内的主副井井架基础的沉降,进而威胁到煤矿的安全生产。本文以许疃煤矿工业广场为例,基于变形监测的原理和方法,建立了工广地表和主副井井架基础非采动沉降监测系统,按国家二等水准测量标准对监测网共进行了3期全面观测,以及次级网9期沉降观测。经平差处理,得到了主、副井井架基础最大沉降量分别为8.5mm和12mm,最大沉降差分别为1.3mm和3.3mm。本文介绍了灰色GM（1,1）模型以及基于准三维的部分耦合模型的基本原理和建模方法。依据灰色理论,通过模型误差比较,优选最佳维数,对主副井井架基础沉降序列建立了8维GM（1,1）新息模型,得到主、副井井架基础沉降点沉降预测最大残差值分别为2.4mmm和2.3mmm,平均残差值分别为0.25mmm和0.27mmm,模型精度等级均为1级；依据土力学原理,建立了基于准三维的部分耦合模型,通过Processing Modflow软件对工广地表的沉降进行了模拟,判定工广地表从建井到2011年3月的累积沉降量约为230mm,并通过模拟得到水井总抽水量与工广地表最大下沉量的近似关系式：W=0.0025.P2-0.785.P+317（W代表工广地表最大下沉量,单位为mm；P表示工广水井每小时总开采量,单位为m3）,R2=0.991,拟合效果较好,表明地下水（主要是三含水井抽水以及四含疏水）过量开采是导致工广地表下沉的主要原因,还预测了2011年3月到2012年3月这一年度工广地表的下沉情况,得到其平均下沉量为11mm。最后,本文还基于Visual Basic6.0语言编写了监测网平差处理程序和灰色GM（1,1）模型预测程序。图[35]表[27]参[54]

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究目的及意义
• 1.2 课题研究发展趋势
• 1.2.1 变形监测技术发展趋势
• 1.2.2 变形分析发展趋势
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 拟采用的技术路线
• 2 工广地表和井架基础非采动沉降监测系统
• 2.1 非采动沉降监测系统布设
• 2.2 观测精度
• 2.3 观测频率
• 2.4 观测方案
• 2.5 监测网数据处理
• 2.5.1 基准点稳定性分析
• 2.5.2 监测网的参考系
• 3 非采动地表沉降分析模型
• 3.1 概述
• 3.2 灰色系统模型
• 3.3 基于准三维的部分耦合模型
• 3.3.1 水流模型
• 3.3.2 土体变形模型
• 3.3.3 有限差分软件Processing Modflow简述
• 4 实例分析
• 4.1 矿井概况
• 4.2 工广地表和井架基础沉降观测
• 4.2.1 基准点、工作点及观测点的布设
• 4.2.2 观测时间、方法和仪器
• 4.2.3 精度以及技术要求
• 4.2.4 基准点稳定性评价
• 4.2.5 监测网数据处理
• 4.3 地表下沉模型模拟分析
• 4.3.1 灰色GM（1,1）模型模拟分析
• 4.3.2 基于准三维的部分耦合模型模拟分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介