基于D-InSAR及数值模拟的张双楼矿开采沉陷规律研究

摘要

煤炭开采过程中，矿区地表建构筑物由于地表沉陷变形的影响会出现不同程度的损坏。为此，获取矿区地表沉陷预计参数对于矿区后续工作面开采引起的地表移动沉陷预计十分重要。根据预计结果对矿区地表建构筑物的破坏情况进行分析，以保证开采的安全性。本论文以江苏省徐州市张双楼矿区为主要研究对象，利用D-InSAR技术监测矿区地表；利用UDEC对地表沉陷移动规律进行研究；通过概率积分法预计后续开采对矿区铁路的影响，主要工作和成果如下： （1）把2018年10月至12月张双楼矿区铁路下沉的实测数据与通过D-InSAR技术处理哨兵数据获得的下沉值进行对比分析，证明了D-InSAR技术监测张双楼矿区铁路区域的地表沉降结果是可靠的。 （2）通过D-InSAR技术处理相干性较好的哨兵数据影像，获得2016年8月至2017年5月和2017年10月至2018年4月之间的地表下沉值，并动态预计出2017年5月至10月开采引起的地表下沉值，通过叠加获得了完整的74101工作面开采引起的地表动态沉降曲线，为研究74101面开采沉陷规律提供了基础。 （3）根据D-InSAR技术与概率积分法相结合获得的下沉资料，研究了74101面走向和倾向主断面动态下沉、倾斜和曲率曲线变化规律，获得了相应的地表移动动态参数；并依据走向和倾向共6条观测线最终下沉曲线，进行了全盆地求参，获得了本区概率积分法预计参数，并不断修正预计时的参数和预计下沉值，通过循环获得了最终的地表沉陷预计参数。 （4）利用UDEC进行深部倾斜煤层开采的数值模拟研究，获得了本区地质条件下的开采沉陷规律及重复采动条件下的开采沉陷规律，并研究了下沉率与开采程度之间的关系，获得了下沉率与宽深比之间的系列关系式。 （5）根据所求得的地表开采沉陷预计参数，预计了后续开采工作面所引起的地表沉陷变形。依据铁路与工作面的关系，重点关注铁路的下沉、走向方向的倾斜、水平移动值，并为铁路下采煤技术提供指导意见，为铁路的安全运行提供了科学依据。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 开采沉陷的发展历程与研究现状

1.2.2 InSAR技术的发展及研究现状

1.2.3 铁路下采煤安全技术措施

1.3研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究技术路线

1.4预期成果

1.5 本章小结

2 InSAR相关技术原理和研究区概况

2.1InSAR技术

2.1.1 D-InSAR技术原理

2.1.2 D-InSAR技术流程

2.2矿区概况

2.2.1 煤层赋存情况

2.2.2 矿井观测站情况

2.3 本章小结

3 基于D-InSAR技术的矿区地表沉降监测研究

3.1 D-InSAR 技术可行性验证

3.1.1实验数据

3.1.2实验方法

3.1.3实验结果与分析

3.2 基于 D-InSAR 的地表沉降监测

3.2.1实验数据

3.2.2 实验方法

3.2.3 实验结果与分析

3.3 结合概率积分法的地表沉降监测

3.4 本章小结

4 张双楼矿深部开采地表移动变形规律研究

4.1 74101 工作面井上下情况

4.2地表移动变形规律研究

4.2.1 地表移动变形动态规律

4.2.2 走向线（东西线）移动变形动态规律

4.2.3 倾向线（南北线）移动变形动态规律

4.3 地表移动变形动态参数

4.3.1启动距

4.3.2地表移动持续时间、最大下沉速度以及滞后和滞后距

4.4概率积分法预计参数求取

4.5 本章小结

5 深部煤层开采沉陷规律数值模拟研究

5.1 概述

5.2UDEC的简单介绍

5.3深部开采煤层数值模拟方案设计

5.3.1模型建立的目的

5.3.2模型建立及岩层参数

5.3.3数值模拟开采边界条件

5.3.4数值模拟实验方案设计

5.4 UDEC 数值模拟结果与分析

5.4.1 模拟74101工作面开采的地表沉陷变形情况

5.4.2 后续工作面开采地表沉陷变形情况

5.4.3 数值模拟结果分析

5.5 本章小结

6 工程应用

6.1地表沉陷预计

6.1.1 预计结果等值线图

6.1.2 预计结果分析

6.2铁路下采煤技术措施研究

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2不足与展望

参考文献

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