论文总字数：27092字

摘 要

随着煤矿开采招致的我国东部地域矿区资源的日益衰竭，西部地域的地下资源开采引起的地裂缝灾害引起了越来越多的关注。由于西部地区的地表移动变形规律十分复杂，而传统的开采沉陷预计研究主要是基于地表稳定之后，如今为了减轻由煤炭开采带来的影响，需要时刻掌握开采矿区的地表变形移动，为此引入了Weber分布方法。

本文主要的研究的内容是基于开采沉陷导致的地表移动变形在时空呈现独立性的特点，将下沉盆地的主断面沉陷曲线与同主断面上的时间序列函数组合，建立开采沉陷中的地表移动变形的动态预计模型，并在唐家会矿区的实测数据上进行验证。本文研究内容为：

（1）研究了矿区移动地表观测站布设的原理、方法，并于唐家会矿区的实测数据进行分析，总结矿区开采规律；

（2）基于威布尔分布模型（Weber），建立有限开采条件下的走向主断面、倾向主断面的威布尔分布的动态预计模型。并将实测的数据从预计值与实测值的拟合程度来分析，该模型在走向主断面、在倾向主断面上的拟合效果。

关键词：威布尔 开采沉陷 首采面 主断面 地裂缝

Study on the application of Weber dynamic model in the prediction of mining subsidence of the first mining face

ABSTRACT

With the increasing depletion of mining resources in the eastern region of China caused by coal mining, the ground fissure disasters caused by underground resource mining in the western region have attracted more and more attention. Because the law of surface movement and deformation in the western region is very complicated, and the traditional mining subsidence prediction research is mainly based on the stability of the surface, now in order to mitigate the impact caused by coal mining, it is necessary to always grasp the surface deformation movement of the mining area. Thus, the Weber distribution method is introduced

The main research content of this paper is based on the characteristics that the surface movement and deformation caused by mining subsidence are independent on time and space. The dynamic prediction model of surface movement and deformation in mining subsidence is established and verified on the measured data of tangjiahui mining area .This article mainly involves the following research contents:

(1) The principles and methods of the deployment of mobile surface observation stations in the mining area were studied, and the measured data in the Tangjiahui mining area were analyzed to summarize the mining rules of the mining area;

(2) Based on the Weibull distribution model (Weber), a dynamic prediction model of the Weibull distribution toward the main cross section and the main cross section under limited mining conditions is established. And the measured data is analyzed from the fitting degree of the predicted value and the measured value. The analysis includes the fitting effect of the model on the main cross section and on the main cross section.

Key Words: Weber;Mining subsidence;First mining face;Main section; Ground fissure

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

第二章 地表移动观测站的建设 5

2.1 测区概括 5

2.1.1自然地理条件 5

2.1.2采区地质条件简介 5

2.2 移动观测站的建设 6

2.2.1地表移动观测站设计的原则 6

2.2.2地表移动观测线的建设 6

2.3 61101首采面的观测方案 7

2.3.1连接测量 8

2.3.2全面观测 9

第三章 地表移动变形理论与预计方法 10

3.1 地表移动变形理论 10

3.1.1地表下沉盆地 10

3.1.2地表裂缝 11

3.2 地表开采充分性评价 12

3.2.1开采充分性基本概念 12

3.2.2开采充分性评价指标 12

3.2.3开采充分性应用 14

3.3 威布尔（Weber）分布法 14

3.3.1威布尔（Weber）分布法的基本原理 15

3.3.3有限开采时非充分采动的威布尔(Weber)变形预计 17

3.3.4有限开采时充分采动的威布尔(Weber)变形预计 20

3.4 本章小结 22

第四章 威布尔（Weber）动态预计模型 23

4.1 工作面主断面上动态预计模型的一般形式 23

4.2 威布尔动态预计模型的参数求取 23

4.3 威布尔动态预计模型的应用 27

4.3.1走向主断面威布尔动态预计模型应用 27

4.3.2倾向主断面威布尔动态预计模型应用 32

4.4 本章小结 35

第五章 结论与不足 36

5.1结论 36

5.2不足之处 37

参考文献 38

致 谢 41

第一章 绪论

煤炭资源开采与环境相协调是当今可持续发展战略的主题之一，也是广大采矿科学工作者的新课题。我国为了保护环境、节省资源已经在极大程度上调整了能源比重，然而种种因素任然决定了煤炭必不可少。到2050年，中国的能源中煤炭的消耗比例将不到50％，但仍占全球煤炭消耗的30％以上。煤矿的大规模开采破坏了矿区的原始地质结构，导致地表迁移和变形，直接表现为地裂缝，建筑物和其他设施的破坏。地表变形会导致地面塌陷，从而导致耕地质量下降，养分流失，植被不足，土地使用价值下降，矿区水系和生态环境受到破坏。在人较多的平原上，每生产一吨煤炭需要将近2000人迁移。目前，全国有10,000多个大小煤矿，每年的煤炭总产量占世界产量的一半。如果不解决由煤矿引起的地表移动和变形，全国范围内将在3-5年内沉没数百万公顷的土地。有专家指出，煤矿造成的破坏将不仅仅限于地震。矿区的安全生产是整体安全生产的重中之重，因此迫切需要及时有效地防止有害的开采^[1]。

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

根据最近的物理调查显示，中国的煤炭储量高达55万平方公​​里。煤炭的大部分分布在广大的中西部，占总量的87％，东部沿海等地区仅占13％，矿藏分布非常不对称。东海岸地区是中国现代化的起点，煤炭短缺，并且缺乏用于现代社会发展的资源。经过多年的勘探和开采，东部地区的少量的露天或浅层煤炭资源已经用尽。但是，中国53％的煤炭资源被埋在1000米以下。然而，由于在复杂的地质环境中缺乏深度勘探，定位和采矿技术的经验，东部地区从1000m到1500m的地下采矿变得非常困难。随着最近西部开发策略的出台，“西煤东运”和“北煤南输”缓解了东海岸地区的资源限制。西方矿产资源的开发越来越强大，煤炭走向西方的战略已成为现实。西部地区的生态恢复能力差，矿山煤矿的影响使西部地区的生态环境恶化，地形的挤压和伸展给山谷表面带来了更多的不确定性。地热和地表滑坡等地质灾害严重影响了西部地区的可持续发展^[2]。

1.1.2研究意义

煤矿开采影响的直接迹象是在地面上形成了下沉盆地。这种下沉盆的形成过程是地球表面运动和变形的原因，地球表面的运动和变形将受到地形和地形的影响，并在不同程度上受到破坏。因此必须不断监测矿区表面的变形和运动，以避免重大破坏，以减轻煤矿开采的影响。由于矿区环境相对恶劣，因此难以通过各种监测方法不断地收集矿区的表面变形。因此，掌握矿区的开采规律，完成工作面的开采计划，进行开采环境的开采沉陷预测和开采沉陷模拟研究，可以减轻开采带来的环境和安全生产的压力，调整开采面积保证进步和可持续发展。

因此，研究西部峡谷地带的生态恢复能力低，抵抗力相对较弱的采掘地，对于西部地区人民的生产和生活至关重要，可以减轻对西部生态环境的压力。并有望对后续的生态恢复和土地再利用发挥重要作用：

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