概率积分法参数影响因素分析与研究展望_张豪杰

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第 34 卷第 04 期
概率积分法参数影响因素分析与研究展望— ——张豪杰，等
Vol.34No.04
到的参数虽然可靠，但是建立地表移动观测站成本 固性系数 f 来反映上覆岩层岩性，随着 f 的增大，地
较高，观测时间较长，有时无法满足矿山生产的需 表下沉系数减小。
要。 当矿区缺乏实测资料或矿区地质采矿条件发生 变化时如何准确地选取参数尚无完备的理论依据。 因此， 有必要研究概率积分法参数的影响因素及其 影响机理， 依据参数与地质采矿条件之间的关系选 取预计参数。 目前，我国相关学者对概率积分法参数 的影响因素进行了大量的研究， 但缺乏系统性的分 析和总结。 本文在已有研究成果基础上，对概率积分 法参数的影响因素进行了综合分析， 为地表预计参 数的选取提供了科学依据， 研究成果对预防和减少 地表沉陷灾害和指导矿山安全生产有重要意义。 1 概率积分法基本参数
mg/m3。 可以看出整改后工作面温度环境得到明显 方案，为创建安全舒适的工作面环境奠定基础。
改善，湿度则因采用喷雾降尘方式有所增大，粉尘 参考文献：
浓度则大大降低，照度得到改善。 由于针对噪声暂
没有较好的降噪措施，基本维持在原有水平。 对改
进后的环境再次基于随机模拟法进行评价， 最终
排 序 结 果 为 1酆 2 酆 6 酆 3酆4酆 5， 可见环境 明显改
效提升除尘降尘效果， 选用德国制造的局部降温 实际。 工程实际中，由于条件所限，通过对工作面各
设备降低工作面温度， 以及更换照明效果更佳的 环境指标进行全面改进，以改善工作面环境是不现
新式灯具等措施。 整改后各环境指标分别为温度 实的， 利用本文方法可通过调整部分环境指标值，
27℃ ， 湿 度 94% ， 噪 声 88 dB， 照 度 9 lx， 粉 尘 7.8 模拟环境等级评价结果，进而得到最为合理的整改
（2）开 采 深 厚 比 资 料 表 明 ，下 沉 系 数 与 开 采
深度和开采厚度有关。 采深越大，采厚越小，下沉系
数越小。 通常用开采深厚比来反映下沉系数与采深
和采厚之间的关系。 根据观测站实测资料回归分析
得出下沉系数
0.054 573
! " q=1-0.292 35
H-h M
（2）
式中 H、M— ——开采深度和开采厚度，m；
［3］景国勋，彭信山，李创起，等. 基于光环境指数综合评价 法 的 综 掘
仍 存 在 一 定 的 概 率 （0.331）转 变 为Ⅲ 级 （一 般 舒 适 水 平），说明了工作面环境持续整改管理的重要性，稍 有松懈即会超差的方向转变。 3 结语
本文利用随机模拟算法进行煤矿工作面作业
工作面照明环境评价［J］. 安全与环境工程，2012，19（3）：41-44. ［4］欧晓英，杨胜强，于宝海，等. 矿井热环境 评 价 及 其 应 用 ［J］. 中 国
实测数据采用参数反演的方法获得，采用此方法得
且存在0.368 3 的概率变为Ⅴ级 ， 从而必需进 行相 式 的 评 价 结 论 ， 更 加 具 有 灵 活 性 和 结 论 形 式 多 样
应的整改。 针对该工作面环境较差的情况，该矿采 性， 既得出评价对象之间最可靠的优劣排序的同
取了相应措施，包括引进高压喷雾降尘装置，以有 时，又包含了多种可能排序，使评价结论更加贴近
岩层“软化”使得重复采动时岩体的碎胀量减小，另
一方面，重复采动可能引起老采空区的“活化”使地
表移动和变形增大， 所以重复采动时地表下沉系数
（1）覆 岩 岩 性 若 上 覆 岩 层 为 坚 硬 岩 层 ，在 岩 一般比初次采动时大。 文献［1］给出了一次重复采动
层的移动和破坏过程中上覆岩层之间将产生大量 时下沉系数
矿 业 大 学 学 报 ，2005，36（3）：323-326. ［5］施 式 亮 ，刘 宝 琛 ，王 海 桥. 掘 进 工 作 面 作 业 环 境 评 价 模 型 及 应 用
［J］. 矿冶工程，1998，33（3）：22-25. ［6］李 瑞 银 ，李 堂 军. 煤 矿 工 作 面 工 作 环 境 模 糊 评 价 方 法 与 应 用 ［J］.
概率积分法基本参数有 5 个：下沉系数、主要 影响角正切、拐点偏移距、水平移动系数和开采影 响传播角。 这些参数选取的准确与否直接影响矿区 地表沉陷预计的精度。 其中，下沉系数 q 是指充分
f= ΣmiRi
（1）
10Σmi
式中 mi— ——覆岩第 i 层的法向厚度，m； Ri— ——第 i 层的单向抗压强度，MPa。
1
0.799 1
0.669
1
1
善，并转变为Ⅱ级（较舒适）水平，整改效果明显，但
［1］郭 勇 义 ，吴 世 跃 ，刘 玉 海. 呼 吸 性 粉 尘 对 综 采 工 作 面 环 境 质 量 影 响的评价［J］. 煤炭学报，1996，17（4）：65-68.
［2］王鹏飞，黄俊歆，朱卓慧，等. 普采工作面呼吸性粉尘浓 度 分 布 的 数学模型［J］. 湖 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版 ，2010，25（4）：2124.
h— ——松散层厚度，m。
（3） 松散层厚度 松散层的力学性质比较特
殊，它不具有抗拉强度。 采动影响下松散层一般只
发生弯曲下沉，基本不会产生碎胀或离层，在下沉
采动条件下地表最大下沉值与煤层法线采厚在铅 过程中，松散层的土体还会产生失水、固结和压缩
垂方向投影长度的比值，它是进行地表移动和变形 变形，造成地表下沉量增加。 此外，松散层厚度越
*“十二五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （2012BAB13B03）；国 家 自 然 科学基金青年基金 资 助 项 目 （41104011）；江 苏 省 高 校 优 势 学 科 建 设 工 程 资 助 项 目 （PAPDSA1102 ）
0 引言 目前，我国概率积分法参数主要是通过观测站
环境评价，仅需要极少量的决策信息，即可进行对 象评价。 实例应用分析表明，评价结论符合实际，且 与其他评判方法如模糊综合评判、层次分析法等相 比，不需要事先给定评价指标的权重信息。 随机模
煤 炭 科 技 ，2007 ，34（3）：24-26. ［7］杨 武 艳 ，郁 钟 铭. 贵 州 省 某 煤 矿 地 质 环 境 影 响 评 价 ［J］. 煤 炭 技
Байду номын сангаас
预计时的关键性参数。 水平移动系数 b 是在充分采 大，基岩承受的载荷越大，缩小了离层空间。 因此，
动条件下地表最大水平移动与地表最大下沉的比 松散层厚度越大，地表下沉系数越大。 有关资料表
值。 主要影响角正切 tan β 即连接主要影响范围边 明，如果上覆岩层中以第四纪土层为主或其厚度很
界 点 与 开 采 边 界 的 直 线 与 水 平 线 所 成 的 夹 角 β 的 大时， 地表下沉系数在初次采动时可接近甚至＞1。
大量实测资料及理论研究表明，地表下沉系数 的大小主要与覆岩岩性、开采深度、采动程度、采动 性质、松散层厚度、采煤方法和顶板管理方法等因 素有关。
深、冲积层厚度之间的定量关系
q=0.68+0.036 Dθ H
+0.2
h H
-0.000
8
Hj
（3）
式中 Dθ— ——工作面斜长按 θ 角投影到地表长度（θ 为开采影响传播角），m；
中图分类号： TD327 文献标志码： A 文章编号： 1008 － 8725（2015）04 － 0018 － 04
Analysis and Prospect of Influencing Factors to Parameters of Probability Integral Method
ZHANG Hao-jie1，2， ZHA Jian-feng1，2， LI Huai-zhan1，2 （1. School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116,
离层；若为软弱岩层，在岩层移动过程中上覆岩层
q1=（1+a）q
（4）
不易产生离层。 因此，上覆岩层越坚硬，下沉系数越 式中 a— ——活化系数；
术 ，2014 ，33（7 ） ：76-78. 作者简介：关维娟（1981- ），女，安徽淮南人，博士研究生，讲师， 研 究 方 向 ：矿 业 环 境 工 程 ，电 子 信 箱 ：122475811@qq.com.
拟环境评价结论包含概率信息，从而相对于绝对形
责任编辑：王秀丽 收稿日期：2014－09－22
221116） 摘 要： 概率积分法预计的基本参数值选取的准确与否直接关系到矿区地表移动和变形预计 的精度。 针对目前无实测资料或特殊地质采矿条件下的矿区沉陷预计参数选取缺乏理论依据的现 状，详细分析了地质采矿因素对概率积分法参数的影响机理，并结合大量文献，总结了概率积分法 参数的影响因素。 关键词： 概率积分法； 下沉系数； 拐点偏移距； 覆岩岩性
Hj— ——基岩厚度，m。
（4）采动程度 采动程度是指在某一固定的地
质采矿条件下开采引起的地表沉陷的程度。 一般用
开采宽度与 采深之 比 D/H 作 为 衡 量 采 动 程 度 的 标
准。 采动程度较小时，下沉系数随着 D/H 值的增大
而增大，达到充分采动后，下沉系数基本稳定。
（5）重复采动 一方面，经历初次采动后，上覆
正切， 它是反应地表移动与变形范围的主要参数。 式 （3） 反应了厚冲积层条件下地表下沉参数与采
拐点偏移距 s 是指下沉曲线的拐点由开采边界正上 方向采空区内偏移的距离，它是由于采空区边界煤 层顶板的悬臂作用引起的。 拐点偏移距的大小直接 影响着地表下沉的形状和范围。 开采影响传播角 θ 是在充分采动或接近充分采动条件下，按拐点偏移 距求得的计算开采边界和下沉曲线拐点的连线与 水平线在下山方向的夹角，它是表示地表移动盆地 向下山方向偏移程度的指标。 2 参数的影响因素分析 2.1 下沉系数 q
China; 2. NASG Key Lab for Land Environment and Disaster Monitoring, Xuzhou 221116, China）
Abstract: The value of parameters of probability integral method directly influence on the prediction accuracy of surface movement and deformation. In view of lack of theoretical basis when selecting prediction parameters in mining area with no measured data or special geological and mining conditions, the influence mechanism of geologic and mining factors to probability integral method parameters is analyzed and influencing factors to probability integral method parameters are summarized on the basis of a great amount of literature. Key words: probability integral method; subsidence coefficient; deviation of inflection point; lithology of overlying rock
第 34 卷第 04 期 2015 年 04 月
煤炭技术 Coal Technology
Vol.34No.04 Apr. 2015
doi:10.13301/j.cnki.ct.2015.04.007
概率积分法参数影响因素分析与研究展望 *
张 豪 杰 1，2， 查 剑 锋 1，2， 李 怀 展 1，2 （1. 中国矿业大学 环境与测绘学院， 江苏 徐州 221116； 2． 国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室， 江苏 徐州