基于GIS技术的煤层开采覆岩变形破坏机理及沉陷可视化研究

摘要

伴随煤层不断采出，采空区上方覆岩出现弯曲和破断，进而发生垮落，覆岩移动传播到地表，导致地表出现变形和下沉，引发地面崩塌、地裂缝等地质灾害。通过覆岩变形监测，分析岩土体变化的参数特征，可以有效识别采动覆岩的变形破坏和裂隙演化特征。这对于保障矿井生产安全、减轻地下开采对矿区生态环境的影响方面具有重要的理论和实用价值。 根据淮北张庄矿地质采矿条件，制作了煤层开采相似材料试验模型，基于覆岩中布设的传感光纤，研究了煤层开采条件下上覆岩层的变形破坏特征，分析了垮落带、裂隙带发育高度与应变监测值之间的关系，建立了基于光纤传感技术的导水裂隙带高度确定方法。 将采动覆岩光纤监测数据引入GIS地理信息系统，得到了煤层开采过程中覆岩应变的等值线图，结合覆岩的力学特性，探讨了覆岩变形破坏特征，并建立了覆岩变形区域划分方法。 建立了张庄煤矿张怀珠工作面采动地表移动变形的预计模型，结合MSPS开采沉陷预计系统，完成了工作面开采沉陷快速预计，并将沉陷预计结果和GIS相结合，创建了开采沉陷区数字高程模型，进而实现了沉陷区的可视化表达。基于GIS强大的空间分析功能，结合层次分析法构建了杜集区地面塌陷危险性评价模型，通过叠加分析和栅格计算，完成了杜集区地面塌陷危险性分区。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 开采沉陷计算方法

1.2.2 采动覆岩分布式监测方法

1.2.3 开采沉陷可视化

1.3 论文的研究内容及方法

1.4 论文的技术路线

2 基于GIS的光纤应变数据融合和数字高程模型

2.1 分布式光纤监测数据与GIS融合方法

2.1.1 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

2.1.2 BOTDA分布式光纤传感技术

2.1.3 采动覆岩分布式监测方法

2.1.4 分布式光纤监测数据导入GIS平台

2.2 基于GIS的数字高程模型

2.2.1 数字高程模型

2.2.2 DEM的建模方法

2.2.3 不规则三角网建模

2.2.4地形可视化数据表征

2.3 本章小结

3 张庄煤矿采动覆岩相似模型试验

3.1 引言

3.2.1 张庄矿模型试验方案

3.2.2 覆岩中传感光纤的布设方案

3.2.3 煤层开采试验方法

3.3.1 竖直方向覆岩应变分布特征

3.3.2 水平方向覆岩应变分布特征

3.4 本章小结

4 基于GIS的采动覆岩变形演化特征

4.1 光纤监测数据预处理

4.2 覆岩竖向应变云图

4.2.1 竖向覆岩变形动态演化特征

4.2.2 基于光纤监测数据的导水裂隙带高度确定

4.2.3 覆岩应变分区

4.3 横向方向覆岩应变云图

4.3.1 横向覆岩变形动态演化特征

4.3.2横向光纤对三带覆岩变形的响应

4.3.3 覆岩横三区划分

4.4 本章小结

5 基于GIS的沉陷可视化及地面塌陷危险性区划

5.1 研究区概况

（1）自然条件

（2）地理交通

（3）研究区地层岩性

（4）研究区开采概况

（5）工作面地质采矿条件

5.2 地表沉陷预计方法

5.2.1 概率积分预计模型

5.2.2 P系数法地表沉陷参数计算

5.2.3 开采沉陷预计系统

5.3 基于 GIS 的地表沉陷可视化

5.4 基于GIS的地面塌陷危险性区划

5.4.1 评价模型的建立

5.4.2 地面塌陷评价指标权值计算

5.4.3 地面塌陷危险性评价及分区

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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