科技论坛 ・６３・ 地表沉陷预计系统在缓倾斜煤层开采中的应用 解钢锋吴亚安席国强 （中煤科工集团西安研究院，陕西西安７１００５４） 摘要：对于平原地带、近水平煤层的开采沉陷特点，采用概率积分法进行预测研究，综合考虑矿区开采地质及采矿技术影响因素， 合理取舍预测参数值，应用《地表移动与变形预计系统》和ｓｕｒｅｒ软件二者结合，对地表沉陷进行预计，得出地表沉陷的二维和三维结果，使 地表沉陷能直观的表现出来，以更好的说明煤层开采带来的地质环境问题。 关键词：采煤沉陷；移动变形；三维立体；系统 面分析、体积和面积计算、坡度分析、坡向分析、剖面曲率、平面曲率和 当前随着我国煤炭工业的发展，煤矿开采引起的地表沉陷问题日 水平曲率分析和剖面计算等三维空间分析ｐ－ｑ。 益严重。科学有效的预计煤矿开采可能引起的地表沉陷的范围和程度， ４系统功能应用的煤矿实例 ． 对减少次生地质灾害、恢复土地利用、保护建筑物等都具有重要的意 某煤矿开采５ 号煤层，煤层厚度０．７５—３．３０ｍ，平均２．０９ｍ，煤层倾 义。 角平均Ｏｔ：１。，煤层埋深Ｈ ＝０～２３８．８ｍ，平均１６０ｍ，煤层Ｅ覆基岩埋深 采煤沉陷预计（即煤矿岩层和地表移动预计）即为对—个计划进行 Ｈ２＝０～１７５ｍ，平均埋深１０５ｍ，煤层上覆基岩为中硬的砂质页岩。根据文 开采的煤矿，在开采之前，根据其地质采矿条件和选用的预计函数、参 献 ｒ算得知，本矿井煤层下沉系数ｑ＝０．６。 数，预先计算出受此开采影响的岩层和地表的移动和变形的工作 ４．１根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规 目前，预计地表移动与变形时，根据我国煤矿的实际情况，可以选 程》中所列预计方法，采用概率积分法的最大值预测方法进行地表变形 用典型曲线法、负指数函数法、概率积分法、数值计算法等日。本文结合 量预测。结果如下： 近水平煤层开采示例，应用《地表移动与变形预计系统》进行计算机模 最大下沉值：ｗ Ｍ Ｘ ｑ Ｘ ｃｏｓ仅＝３３００×０．６ Ｘ ｃｏｓ１ｏ＝１９８０，ｍｍ 拟计算；把地表移动与变形的结果以平面二维图形的形式表现出来，并 开采影响半径：ｒ＝＝Ｈ／ｔａｎ Ｂ＝１６０／１．７８＝８９．９，ｍ 提取计算结果数据用ｓｕｒｅｒ软件形成三维立体图，使地表沉陷能直观的 最大倾斜值：ｉ ＝ｗ ｒ－＝１９８０／８９．９＝２２．０２，ｍｍ／ｍ 展现在面前，以说明采煤带来的地质环境问题。 最大曲率值： ２《地表移动与变形预计系统》的主要功能 Ｋ ＝１．５２ Ｘ Ｗ√ｒ： １．５２×１９８０／８９．９２＿０．３７，１０－３／ｍ ’ 《地表移动与变形预计系统》是煤炭科学研究总院唐山分院与平顶 最大水平移动值： 山矿务局于１９９１年完成的科研项目，所采用的数学模型为“概率积分 Ｕ ：ｂ Ｘ Ｗ Ｆ０．３０２ Ｘ １９８０＝５９７．９６，ｍｉｌｌ 法”。其主要功能包括：计算数据组织、移动变形计算、计算结果管理和 最大水平变形值：８ １．５２×ｂ×ｉ￣＝１．５２×ｏ．３ｏ２×２２．０２＝１０．１１， ｍｍ／ｍ 绘制等值线图形计算四大部分。 运用此计算系统进行预计时，用到的地质采矿条件有：煤层的开采 上式中：Ｍ一煤层开采厚度，ｍ；Ｈ一煤层埋藏深度，ｍ； 一煤层倾 厚度、煤层埋深、煤层倾角、各煤层的底板等高线、煤层开拓方式、上覆 角；卜开采影响半径，ｍ；ｑ一下沉系数．ｂ一水平移动系数。 岩层的性质、采空区边界和井田范围内的保护煤柱等。系统需要的计算 １概述 参数包括煤层埋深、煤层倾角、上山方位角、影响角系数Ｋ、初次采动系 数ｑ、煤厚、重复采动系数、水平移动系数、下山影响角正切、上山影响角 正切、工作面点数、拐点平移信息、拐点平移系数和工作面角点坐标及 编号。《地表移动与变形预计系统》界面菜单如图１所示，包括初始化、 参数输入及检查、参数查询、数据处理、绘制等值线图和库的查询等，在 实际的应用中预计系统的主要工作流程如图２所示。 拐抬化［耵参数辅凡噩检查【Ｉ】参数蠢渖匠】数据处穗［ 控制锋值蛀朗［岫库的查谭与打印叫帮助【Ｅ】退出［Ｉ］ ９瞳 回； 凰－ ｒ － －厂＿ ｏ ； ｉ臻 ■ 图１《地表移动与变形预计系统》界面图 地表移动与变形预计系统 ｆ 图３各采区工作面划分图 申申 Ｉ 建立编号ｌ输八工作面参数 Ｉ计算数据 Ｉ等值线参数输入 ｌ ｌ ｌ ｌＩ 事 ｌ输入网格预计参数ｌ移动变形计弊ｌ绘制等值线Ｊ ｌ计算结果管理 图２缓倾斜煤层开采沉陷预测系统整体流程图 ３ ｓｕｆｅｒ软件的主要功能 Ｓｕｆｆｅｒ是美国Ｇｏｌｄｅｎ软件公司在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下开发的地理数 据绘图软件，主要用于绘制等值线图及相应的三维图形。Ｓｕｒｆｅｒ８．０中可 方便快速地绘制等值线图、粘贴图、影像图、地貌晕渲图、矢量地图、线 框图和表面图等三维立体图件，以及灵活地标注相关图件，也可以对图 件进行平滑、滤波、微分、积分、傅立叶和谱分析等处理，也能进行趋势 图４划分第一个工作面信息图 ４．２《地表移动与变形预计系统》应用。根据井田开拓方式，划分井田 作者简介：解钢锋（１９８１一），男，陕西兴平人，中煤科工集团西安研究院，从事环境影响评价工作。 ・６４・ 科技论坛 开采范围内的工作面，并将各划分工作面内的开采信息输入地表移动 高程基本相当的情况下，结合煤矿的地质条件和开采情况，运用地表沉 与变形预计系统内，划分后开采工作面如图３所示，某划分工作面信息 陷预计软件和ｓｕｆｅｒ的三维成图功能，对地表沉陷预计并进行定量化成 如图４所示，经计算数据结果图如图５所示。 图，此一整套的理论系统实现了煤层开采后地表移动变形预计、采区任 意点移动变形值预计及采区范围整体移动变形值预计及地表移动变形 等值线图及下沉三维显示图。通过本系统的整体预０ｎ，４，科学研究了近水 平煤层开采引起的地表移动及变形问题，为矿山提供了准确详实的地 表沉陷预测参考资料，以使矿山采取防范措施，Ｆｘ５，＂资源损失。 图５输入各工作面信息后地表沉陷图 表１煤层预测走向主断面部分移动及变形预计值 图６地表沉陷预计三维结果图 参考文献 【１］何国清，杨伦，凌庚娣，等．矿山开采沉陷学 ．徐州：中国矿业大学出 版社．１９９１：１１６． ｆ２］国家煤炭工业局．建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采 舰程『ｓ］．北京：煤炭＿ｙ－－，＿Ｉｋ出版社，２０００：７８—１０７． ｆ３ 长胜，马占一，等．近水平煤层开采地表沉陷预测系统研究【Ｊ】．露天采 矿技术，２０１０（６）：３１—３７． ｆ４］罗亮，曾涛，等．矿山地表沉陷预计及其三维可视化研究阴．测绘， ２００９，３２（５）：２０４—２０６． 【５］孟峰．矿山地表沉陷预计三维可视化研究叨．陕西煤炭，２００６（２）： ４．３三维可视化输出。在进行ｓｕｒｅｒ三维成图之前，需要把《地表移动 】０—１２ 与变形预计系统》的计算结果数据进行提取，提取部分数据如表１，将所 ［６］ＤｅｎｂｙＢ．Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ Ｄ．Ｒｏｌｅ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｉｎ ｓａｆｅｔｙ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｅ ｒｓｏｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，２８（１０）：５９—６４． 得数据和其坐标导入ｅｘｃｅｌ表格中，运用ｓｕｆｅｒ软件进行网格数据，然后 ｐｅ运用３Ｄ一表面图进行成图，最终得到地表沉陷三维立体效果图如图６。 ［７】解铜锋．用岩性综合评价系数Ｐ确定地表最大沉陷的预计参数『ＪＩ煤炭 ５结论 工程，２０１０（１１）：９４—９６． 本文在近水平煤层开采沉陷预计理论研究的基础上，对平原地带 （上接２４３页）成绩均名列前茅。 ５图书馆员努力提高自身素质是完善服务的关键 教师从事教学活动离不开图书馆。图书馆不仅是教师继续教育 现代化图书馆对图书馆员的要求越来越高，图书馆员要扮演多 的基地，也是教师从事教学研究的理想场所。图书馆努力了解新课 重角色：管理员、传播者，教育者。馆员只有努力提高自身素，才能赢 改的和动态，主动为教师提供教参和网络信息资料。 得读者，使读者乐于走进图书馆，并且每次都有收获，我们就会拥有 我校教师在东阳、金华市举行的教坛新秀、说课、课件制作、论 批忠于图书馆的“粉丝”，那么我们身边就能产生名人，那就是我 文写作、建党九十周年知识竞赛等活动中成绩显著。 们最大的快乐、最大的收获了。 如我校的体育组老师利用图书馆内的２４式太极拳图书、光盘 我的体会是，图书馆员首先是读者，更应“近水楼台先得月”，静 等，为学生创编了武拳操。该操刚柔相济，易于练习，深受学生的喜 下心来，学习名人刻苦努力，利用优质的的图书资料，充实自己，享 爱。我校连续四次获全市大课间活动比赛一等奖，让师生们引以为 受阅读的快乐，并在传递知识，传播文明的同时也分享着读者的快 乐。 豪。 随着信息技术的发展，学校的网络建设也日益完善，校园网成 图书馆员特别是女性馆员，要转变图书馆的管理只是简单的借 为师生了解学校动态的一个平台。图书馆事业的发展也跟着发展， 还工作和坐门等客的观念，树立“科研促进工作，以工作带动科研” 读者可以浏览图书馆的网页，来查询他们所需要的信息。我们在网 的思想。科研工作是馆员学习专业知识，是建设高素质图书馆队伍 页上开辟新书推荐，名著导读，书目查询等栏目来引导学生阅读。新 的保证。我们在学校的鼓励下，参加科研活动，在踏实做好日常工作 积极撰写论文，提升自己的科研能力，并且宣传图书馆。本人从 书推荐和名著导读经常更新，让学生每次都有新的发现；我校还举 外，行学生文字录入、网页设计、动漫创作比赛等活动，使学生乐在其 ２００５年到现在，已发表论文７篇，多篇论文在东阳、金华市的各项 论文比赛中获得一等奖、二等奖，并多次在年度考核中被评为优秀。 中，收益无穷。 参考文献 网络技术的发展让信息的互动更为便捷，图书馆的网页通过留 １］陈奕．图书馆如何提高图书馆利用率ｆＺ】．２０１０． 言版等栏目来跟学生进行沟通交流，信息及时反馈。图书馆员在留 ［言版做问卷调查，来了解学生的需求，以便及时改进图书工作。 【２】吴慰慈，董焱．图书馆学概论修订本（结语）［Ｍ］．北京：北京图书馆 研究性学习是高中生的一门必修课。利用图书馆资源是研究性 出版社，２００２．３］赵薏敏．从阅读室服务谈图书馆员形象的再塑造【ＪＪ．图书馆工作与 学习的一种重要的、常用的手段。我校的高一学生在第二学期开始 ［研究性学习的课程。学校开展读书活动，培养学生发现、探索和解决 研究，２０１１，７． 问题的能力。学生通过图书馆软件系统检索目录，很顺利地找到所 【４】张素园，李平贵．名人与图书馆的相互作用［Ｊ］．新世纪图书馆，２０１１． 一需资料。
