开采沉陷预计系统

1.3 预计软件研究现状及本软件的优势
开采沉陷学是一个交叉学科，计算机技术在其中发挥了重要作用。为了让资 料处理自动化，数据可视化，不少研究人员开发了开采沉陷预计系统。通过对比 和测试发现本系统具有以下几点优势: （1）采用最新的软件开发平台开发，系统兼容性好，经过测试，本软件能 支持目前所有的 WINDOWS 操作系统。 （2）软件整合度高，功能集成度高，只需要使用本软件即可完成数据运算， 工程图生成等功能，不需要借助别的平台来后处理预计数据。 （3）软件运算速度高。结合目前的计算机多核 CPU 硬件技术的发展，本软 件的预计计算采用了并行算法，极大地利用了计算机资源,提高了计算速度。 （4）数据可视化程度高。本系统结合开采沉陷预计理论和等高线的自动生 成原理，以及计算机图形学技术，集成了地表变形等值线的自动生成功能。本系 统输出的等值线格式支持目前所有版本的 CAD 软件和 GIS 软件， 极大地方便了预 计结果在多个学科中的运用，并且预计和出图一体化，使用方便。同时考虑到面 积统计的工作量较大， 利用地籍测量学中的解析法求面积原理，逐一自动统计出 不同变形指标下的土地破坏面积，提高了统计分析工作效率。本系统还开发了下 沉盆地的三维可视化功能，界面友好，数据可分析程度高。 （5）集成了土地破坏分区功能，目前国内的其他软件的土地剖坏分区都是 在预计结果的基础上， 结合 CAD 软件手动分区。本系统结合地表变形场的基本规 律，开发了自动分区功能，为用户节约了大量时间，并提高了分析精度。 （6）数据兼容性好，本软件能处理任意多变形（凸多边形，凹多边形）的 开采区域的地表变形预计， 各种煤层倾角影响下的开采沉陷预计，以及山区地表 移动预计，功能强大，适用范围广。 结合作者多年来对开采沉陷预计的研究和国内外预计技术的发展， 本软件必
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1 开采沉陷预计技术概述 1.1 煤炭资源开采对环境的损害
煤炭资源的开采在我国高速发展的国民经济中发挥了重要的作用，但与此同 时，也给矿区生态环境造成了比较严重的影响。影响主要分为以下几个方面：破 坏耕地，使耕地面积减少或是植物产量减少；使土壤水渍或盐渍化；使大规模村 庄房屋损害，地面交通路线损害；对矿区水资源破坏，等等。在我国的“十二五” 规划中， 进一步建立能源可持续发展的政策和标准体系是发展方向之一，加快推 进有利于能源产业健康发展的政策、标准体系建设，缓解能源安全和环保压力是 工作重点。 矿区开采沉陷是影响其生态环境的主要因素之一，一方面要开采煤炭 资源为国家建设提供生产能源； 一方面又要顾及对矿区环境的影响，做好环境评 价、土地复垦规划以加强生态修复的措施，减少采矿对环境的损害。而环评和复 垦的重要依据正是对矿区地表沉陷的预计计算，本预计系统的研发，目的在于为 “三下”采煤、矿区的环境评价、土地复垦等方面提供决策支持，本研究顺应了 我国大力保护矿区环境的潮流，对矿区的可持续发展有重要作用。
1.2 开采沉陷预计方法
对一个计划进行的开采，在开采进行以前，根据其他地质采矿条件和选用的 预计函数、参数、预先计算出岩层和地表变形，称为开采沉陷预计。我国的开采 沉陷预测方法大概有如下几种： （1） 剖面函数法 该方法利用剖面函数来描述地表下沉盆地。剖面函数很直观，而且方便使用 计算机解算。 对实测资料分析可以较快地确定函数的参数值。但剖面函数和实际 下沉盆地形状有一定差异， 特别是在地表变形特征点处差异明显。对于相同地质 条件下， 该种方法比较适合矩形工作面开采的地表变形预计。我国著名的剖面函 数预计方法有：皮尔森函数法、双曲函数法、负指数函数法等。 （2）典型曲线法 该方法通过对研究区域设立观测站，观测工作面主断面上方的地表移动情 况，把地表变形观测值绘制成无因次曲线，通过无因次曲线来描述地表的下沉、 倾斜、曲率、水平移动和水平变形的分布规律，在我国有名的典型曲线是峰峰矿 区典型曲线，平顶山矿区典型曲线。该方法预计精度高，但局限性大，不能大面 积推广。 （3）影响函数法
Weoi ( x, y) (1 r 2 ) exp( ( x xi ) 2 / r 2 ) exp( ( y yi li ) 2 / r 2 )
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式中：r 为主要影响半径， r H 0 tg ； H0 为平均采深； tgβ ，预计参数，为主要影响角β li=Hi·Ctgθ ，θ ，预计参数，为最大下沉角； (xi,yi)—— i 单元中心点的平面座标； (x,y)—— 设工作面范围为：0～p，0～a 组成的矩形。 1）地表任一点的下沉为：
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开采沉陷预计系统 用户手册
作者：蔡来良博士
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目
录
1 开采沉陷预计技术概述 .................................................................................................. 3 1.1 煤炭资源开采对环境的损害 ........................................................................................ 3 1.2 开采沉陷预计方法 ........................................................................................................ 3 1.3 预计软件研究现状及本软件的优势 ............................................................................ 4 1.4 本软件采用的数学模型 ................................................................................................ 5 2 本软件系统组成 ........................................................................................................... 10 3 软件的安装与卸载 ....................................................................................................... 11 3.1 安装软件锁驱动 ........................................................................................................ 11 3.2 软件的安装 ................................................................................................................ 13 3.2 软件的卸载 ................................................................................................................ 17 4 软件的使用 ................................................................................................................... 18 4.1 软件界面介绍 ............................................................................................................ 18 4.2 准备数据文件 ............................................................................................................ 18 4.3 数据载入 .................................................................................................................... 20 4.3 预计计算与等值线的生成 ........................................................................................ 21 4.3 土地破坏等级分区 .................................................................................................... 25 5 软件的升级 ................................................................................................................... 27
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该方法把井下煤层划分为若干小单元，先计算每个小单元对地表变形的影 响， 然后再把所有小单元对地表的影响叠加起来， 该叠加后的值就是地表变形值。 该方法符合先微分再积分的思维过程， 与剖面函数相比该方法能推广到三维空间 应用。 我国最著名的影响函数法是概率积分法。该方法来源于波兰学者李特维尼 申的随机介质理论，后来我国学者刘宝琛将其实用化，发展为概率积分法。概率 积分法将采空区上方覆岩岩层看成松散介质， 将地表移动看成服从统计规律的随 机过程，该方法符合叠加原理。概率积分法自从引入国内以来，很多学者对其研 究， 提出修正模型以适应中国的地质采矿条件。概率积分法比较利于编制计算机 程序，是我国开采沉陷预计运用最广泛的方法，也是本系统开发采用的方法。
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将继续完善，更好地为矿区服务。
1.4 本软件采用的数学模型
本软件所采用的数学模型均参考《建筑物、水体、铁路、及主要井巷煤柱留 设与压煤开采规程》中的内容，并结合最新的研究结果对其优化，具有较高的行 业标准。 1.4.1 地表平坦地区采用的概率积分法 在倾斜煤层中开采某单元 i，按概率积分法的基本原理，单元开采引起地表 任意点(x，y)的下沉( 最终值 )为：
W ( x, y) W0 Weoi ( x, y)dxdy
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式中：W0 为该地质采矿条件下的最大下沉值，单位 mm ，W0＝mqcosα ， q，预计参数，下沉系数； p 为工作面走向长，m； a 为工作面沿倾斜方向的水平距离，m。 也可以写为： W(x，y)＝
1 ×W(x)×W(y) W0
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式中 W0 仍为走向和倾向均达到充分采动时的地表最大下沉值，W(x)为倾 向方向达到充分采动时走向主断面上横坐标为 x 的点的下沉值，W(y)为走向方 向达到充分采动时倾向主断面上横坐标为 y 的点的下沉值。 根据下沉表达式，可推导出地表（X，Y）的其它移动变形值。注意：除下 沉外的其它移动变形都有方向性，同一点沿各个方向的变形值是不一样的，要对 单元下沉盆地求方向导数，然后积分。 2）沿 方向的倾斜 i(x，y， ) 设 角为从 x 轴的正向沿逆时针方向与指定预计方向所夹的角度。 坐标为(x，y)的点沿 方向的倾斜为下沉 W(x，y)在 方向上单位距离的变 化率，在数学上即为 方向的方向导数，即为： i(x，y， )＝