煤矿采空区岩层移动的动态过程与可视化研究

煤矿采空区岩层移动的动态过程与可视化研究
【摘要】在对我国的矿山进行相关的开采过程中，由于矿山开采会引起上覆岩层的移动，进而会导致一个复杂的动态过程。

同时在岩层的移动过程中和岩层的变形过程中，由于岩体自身具有一定的流变性质，同时岩层的层状组合结构会在矿山开采的过程中由于自身的运动而呈现出相关的时间和空间上的差异。

在进行相关的计算和研究相关问题的时候，由于要考虑到流变力学理论以及薄板弯曲理论从而来对岩层和地表在多方面来进行研究，如：岩层和地表的空间过程、移动的时间，进而推导出在进行岩层和地表的研究的过程中需要考虑到的时间的因数，进而可以得出地表在下沉的过程中的基本公式，以及在研究岩层与地表的下沉时间这一问题的基本公式。

可以使用MATLt1B这一软件中的数学计算以及图形功能来进行使用，并且对应的开发了与其相对应的模拟地表沉陷的动态过程，并且将其进行可视化。

【关键词】采空区;岩层移动;动态过程;可视化研究
引言
由于近些年频繁的采矿活动而引起的上覆岩层的移动与破坏，导致出矿石开采的损害问题，这一问题的严重性已经引起了人们的高度重视。

近几年，岩层与地表的移动理论在研究的过程中不断的在进行相关的发展，同时研究人员也相继的提出了以下有关岩层的各种理论，如：托板理论、层状介质之间理论、关键层的理论、损伤力学理论等等。

同时更有很多相似的方法来对岩层的移动与地表的沉陷问题进行研究，如：相似材料模型法、边界元法、有限单元法、离散单元法等等，都取得了一定的成果。

但是目前来看，对于覆岩运动在其相对应的时空过程以及时间系数的确定中还是没有一个确实有效的方法。

1岩层在移动的过程中，所建立的力学模型
1.1岩层在移动的过程中相关力学模型的建立
由于在进行采矿的过程中，其采场空间的逐渐的形成，会在一定程度上导致采矿的地区其上覆的岩层与其底板的岩层之间的本身所具有的应力的平衡状态遭到一定程度上的破坏。

所以一旦发现当其所承受的应力超过了其自身的岩石的既定的强度极限的时候，这一岩层就会发生断裂以及岩层的破碎。

在进行岩石的材料的使用过程中，其抗拉强度远远小于岩石自身的抗剪强度以及其自身的抗压强度。

其中，在岩体自身出现被破坏的时候，其最大的原因就是岩石承受了自身可以承受的最大的拉应力。

同时，由于岩板是一种脆性材料，所以其挠度会远小于煤层所开采的厚度，这是一个必然的问题，同时由于岩板自身的厚度又存在一个往往大于煤层开采的厚度这一问题，所以岩板的挠度远小于它的厚度也变成了一个条件必然。

这些必然的条件和问题不仅仅对薄板弯曲的小挠度理论在前提条件进行了
完全的符合。

同时这些必然条件对于岩层在移动的过程中所出现的力学模型的选择问题上，以及薄板力学的模式上是合适的。

2岩层在移动的过程中，进行动态可视化的模拟
2.1MATLAB的简介
所谓MATTAB指的是一款从美国Mathworks公司进行引进的一个专门对工程计算来进行使用的应用软件。

针对之一软件的编写方式则是采用了C语言这一程序形式来进行编写的，并且这一程序也成为了MATTAB这一软件的最为重要的核心。

MATLAB语言因为其具有相对独特的数据结构、函数、流程控制语句以及特殊的输入输出方式，进而使MATLAB语言已经成为了一种十分高级的矩阵语言，在多数情况下使用这种语言来进行工作的都是较为高级的运算，同时这种语言方式已经结合了计算、数据可视化以及程序设计于一体，这是一个较为完整的系统，同时可以对于需要解决的问题以及方面进行一个简化，将繁琐的答案进行一个简化，最后输出的是多数人都熟悉的数学符号来进行表示。

同时MATLAB语言还包括了众多的不同种类的工具箱以及不同种类的数学函数库，这不仅仅可以帮助使用者可以轻松的去实现相关问题的图形显示、或者数字运算以及与其它的同样是作为高级语言程序进行一个共享，还可以更好的对实现数值的计算、数据分析、符号计算以及可视化、动态仿真等等多种功能进行表达和使用。

2.2岩层在移动的动态过程中出现的可视化模拟
目前在对于岩层的移动过程中，为了更好的确定出其在进行移动过程中的时空动态变化问题，选用MATLAB这一软件来进行相关的程序的编制，以便于更好的去研究问题和对计算出的结果越实际的观测值来进行相对的比较，用来更好的去判断地表沉陷的走向以及断面的的研究问题。

首先需要对开采模型进行水平采取，并且将其参数做为根据，需要进行测量的数据为：采集的深度为H=200m，一共需要将模型分为10层，平均每层的厚度为h=20m，开采的厚度为m=2m，最后以沿采空区的走向距离来做为横坐标的轴，来进行绘制岩层移动过程中动态下沉的过程的可视化曲线图。

3结论
（1）在采空区中，上覆岩层的移动过程是一个十分复杂的动态的时空过程。

在整个岩层的移动以及这个岩层在进行变形的过程中，岩体都会具有与其相对应的流变性质。

与此同时，岩体自身的层状组合结构会导致岩层在进行变形以及沉陷的过程中存在一个时间以及空间上的相对的差异。

（2）在对岩层的研究过程中，由于需要对岩层移动的时间以及岩层的空间过程进行研究和讨论，所以需要根据相关的理论，作为研究的基本理念如：流变力学以及薄板弯曲理论。

同时可以根据这两个理论还对岩层移动的基本公式以及
岩层的下沉的时间系数公式进行一个推导和考量，但是在进行这两个公式的研究过程中，需要对岩层自身在进行变化的过程中所花费的时间进行一个思考，并且对其理论的计算值与其实际工程的观测值进行相关的对比分析。

（3）目前在对模拟岩层的沉陷过程中进行的动态过程中的可视化，由于其方式方法有限，所以不能去更好的开发这一软件，然而MATTAB软件的开发则为这一问题提供了新的方法。

（4）在本文中所进行描述的有关采空区的建立计算模型以及其他方面的问题，都是基于其水平或者其近水平的煤层相关的开采问题来进行表述和表达的。

但是对于其急倾斜的煤层、或者是特厚煤层在开采的过程中会遇到的地表沉陷的问题，所以相对于出现的问题涉及较少。

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