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中国矿业
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月刊

1004-4051

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010-68332570

100044

北京市西直门北大街45号时代之光名苑2号楼901

中国矿业/Journal China Mining Magazine北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为专业技术性期刊。宣传党和国家有关矿业开发的法规及法律，反映我国矿产勘察与矿业生产建设的科研成果。读者对象矿产勘查与矿山建设方面的专家和工程技术人员、各级领导和管理干部。
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    我国开采沉陷学70年研究综述及技术展望

    孙庆先张勇陈清通李宏杰...
    84-99页
    查看更多>>摘要：从覆岩破坏规律、地表移动变形规律,以及技术标准和学术专著等方面,回顾了开采沉陷学科的发展历程和取得的重要研究成果.在覆岩破坏规律方面,我国学者提出了岩体响应采动理论、关键层理论等,并总结归纳了裂隙带的形态特征和发育高度;在地表移动变形规律方面,我国学者提出了负指数函数法、概率积分法等计算方法,尤其是概率积分法广泛应用于地表沉陷预计;在技术标准和学术专著方面,我国开展了较为系统的建设工作,几经系统修订并实施,并出版了一系列学术专著.本文归纳总结了目前开采沉陷学研究中存在的难点问题,包括围岩介质属性、概率积分法局限性、综采(综放)"两带"高度和形态、地表残余移动变形特征与规律、动态地表移动变形特征和计算方法、地表观测站观测频率、相关规程对同一事项的技术要求不一致的问题.提出了学科今后研究工作的发展方向及建议,包括以覆岩运动全过程可视化为主要手段揭示开采沉陷的本质机理、以空间信息技术为主要手段完成数据的采集与处理.研究认为,只有认识到"采场矿压-岩层移动-开采沉陷"是一个有机统一的整体,才能准确地理解和描述开采沉陷.在不断继续补充完善已有研究成果的同时,有必要以新理论和新思想审视开采沉陷学,以新技术和新方法研究开采沉陷学,不断推动学科的深入发展.

    开采沉陷覆岩破坏规律地表移动变形规律概率积分法关键层理论

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    巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷关系研究

    郑灿广孙兢超汪铁宁郭广礼...
    100-112页
    查看更多>>摘要：陕蒙矿区是我国重要的煤矿开采基地,区域侏罗系煤层覆岩中普遍存在巨厚弱胶结覆岩,虽然覆岩岩性总体呈中硬偏软弱,但实测地表下沉相对较小,且伴随频繁的大能量事件发生,给工作面安全高效开采带来了较大安全隐患.为研究巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷的关系,对石拉乌素煤矿 1203工作面与 1208工作面进行了地表沉陷实测与矿震资料分析,获得了该地区地表移动变形规律和矿震数据,通过对比分析研究发现:巨厚弱胶结覆岩地表移动变形下沉分布集中,最大下沉处均位于工作面中部偏向已采工作面侧,整体地表下沉盆地形态及下沉增加过程与中东部相似,但在未达到充分采动时,西部巨厚弱胶结矿区地表下沉值相比中东部明显偏小;巨厚弱胶结矿区煤层回采过程中均存在微震事件的活跃期,该阶段微震事件的能量和次数较高,同时伴随着105 J≤E的大能量事件发生,105 J≤E的矿震事件虽然频次较低,但在能量释放上占据重要地位;弱胶结矿区地表沉陷与能量事件之间存在着关联性,随着工作面的推进,最大下沉值突变往往伴随着大能量事件的发生.

    弱胶结覆岩深部开采地表沉陷岩层移动矿震

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    单双目近景摄影测量联合监测弱胶结覆岩叠合式相似材料模型研究

    张国建臧耿晨郭广礼李怀展...
    113-123页
    查看更多>>摘要：相似材料模型是研究矿山开采岩层运动的重要手段,随着采深的增大,多采区采动联合影响的区域变形响应问题逐渐成为关注的焦点.为了克服常规相似材料模型研究深部开采问题的结果失真,以及常规监测技术在观测相似材料模型整体动态变形及任意点动态变形的不足,本文提出叠合式相似材料模拟的新思路,并采用单双目近景摄影测量联合监测新技术研究弱胶结覆岩运动规律.实验结果表明,叠合式相似材料模拟充分考虑了相似原理及覆岩中的关键层结构,研究结果更加可靠,基于等距虚拟面的数字摄影技术监测精度达到0.12 mm,能够满足大几何相似比物理模型的监测精度.通过研究深部矿区覆岩破坏规律发现,宽深比为 0.85是白垩系砂岩的临界破坏点,采空区面长大于临界尺寸时将导致显著的冲击地压甚至矿震.单双目近景摄影测量联合监测新方法为研究深部开采区域性岩层移动响应过程提供了技术支持.

    弱胶结覆岩叠合式相似材料模型近景摄影测量岩层移动动态监测

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    Hossfeld模型在矿区地表动态沉降预测应用的可行性分析

    赵月王志伟张国建王翔...
    124-132页
    查看更多>>摘要：采用时间模型进行沉降预测是目前煤矿区地表动态沉降预测方法之一,在分析典型时间模型存在时间零点问题的基础上,采用林木增长模型(即Hossfeld模型),结合水准观测数据和D-InSAR沉降数据,对Hossfeld模型在煤矿开采沉降盆地范围内单点和任意点沉降预测精度,以及模型参数的相关性进行了评价.研究结果表明:在联合水准数据单点沉降预测结果中,修正时间零点的Knothe模型和Usher模型精度高于未修正时间零点的Knothe模型和Usher模型;在RMSE<100 mm比例中,Hossfeld模型精度略低于修正时间零点的Usher模型,高于未修正时间零点的Usher模型,远高于修正时间零点和未修正时间零点的Knothe模型;在MAE<100 mm比例中,Hossfeld模型精度最高;在联合D-InSAR沉降数据矿区全盆地任意点动态沉降结果中,通过统计构建动态预计模型参数相关性,发现Hossfeld模型参数的相干性最强;进一步,通过计算Bland-Altman图表明Hossfeld模型结果与D-InSAR结果差别较小,并且在RMSE和MAE<20 mm误差范围内,Hossfeld模型精度比例最高.相对于Knothe模型和Usher模型而言,Hossfeld模型无需时间零点修正,并且获取较高精度的煤矿地表动态沉降预测结果.

    水准数据D-InSAR时间模型时间零点Hossfeld模型开采沉陷预测

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    D-InSAR技术与SBAS-InSAR技术在矿区地面沉降监测中的应用研究

    王鹏程海强王翔
    133-141页
    查看更多>>摘要：为了对D-InSAR和SBAS-InSAR两种技术在矿区地面沉降监测中的应用能力进行对比分析,以山东省济宁市某采矿工作面为主要研究区,选取 2022年 11月 2日—2023年 8月29日期间 26景Sentinel-1A数据,分别利用D-InSAR和SBAS-InSAR两种技术获取了该工作面的地面沉降信息,首先从沉降区域的时空演变特征和沉降面积分布等方面对两种技术进行了对比分析,进一步通过同期实测水准数据对两种技术得到的结果进行了精度验证.研究结果表明,D-InSAR和SBAS-InSAR两种技术监测到的研究区内最大累积沉降量分别为69 mm和59 mm,识别出沉降量大于 10 mm的区域面积分别为 0.60 km2 和 0.87 km2,其中,沉降量大于30 mm的区域面积分别为 0.10 km2 和 0.17 km2.与水准监测数据对比可知,两种InSAR技术得到的监测结果与真实沉降情况相吻合,在部分沉降漏斗中心区域,地面沉降量超过InSAR技术可监测形变梯度,两种技术的监测精度都大幅降低.相对于SBAS-InSAR技术,D-InSAR技术获取的累积沉降量值更大,但其抵抗误差干扰的能力较弱,而SBAS-InSAR技术能够更好地消除大气相位效应等误差的影响,得到的地面沉降结果在空间分布上更连续平滑.本文研究对利用InSAR技术监测矿区地面沉降具有一定借鉴意义.

    D-InSAR技术SBAS-InSAR技术煤矿地面沉降沉降监测

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    基于鲁棒M估计协方差矩阵相位优化的DSInSAR矿区形变监测研究

    曾祥凯孙凤娜陈东兴段文再...
    142-151页
    查看更多>>摘要：针对时序干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术在矿区所处区域内耕地、裸地等自然地表地物上无法识别有效监测点信息,致使矿区地表形变信息不足及形变解译困难等问题,提出一种基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解相位优化的DSInSAR技术,并基于 34景Sentinel-1A影像获取了霄云煤矿 2022年的地表时序形变.推导基于鲁棒M估计协方差矩阵估计公式,提高对样本异常值及异质像素的鲁棒性,开展基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解的相位优化处理,分析了上述优化模型与通用相位优化模型的相似性,最终通过对优化估计相位开展相位信息解译处理来获取最终的形变信息.实验结果表明:基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解相位优化的DSInSAR技术较常规SBAS技术及基于最大似然估计协方差矩阵的DSInSAR技术在监测点密度上分别提高了约11.4倍、0.2倍,且与水准数据对比具有最小的均方根误差,约 22 mm;此外,霄云煤矿共包含三个主要形变场,其地表沉降的时序变化呈现出较显著的非线性趋势,煤矿内地表的视线向最大沉降量约 418 mm.研究成果为矿区地表形变规律反演及矿区灾害防控提供重要数据支撑.

    DSInSAR技术鲁棒协方差矩阵特征值分解相位优化矿区形变监测

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    基于SBAS-InSAR技术的杨伙盘矿区地表形变监测

    张帆常乐荀张媛
    152-159页
    查看更多>>摘要：煤炭等矿产资源的开采引起了一系列的生态环境问题,其中,地面塌陷及其引起的链式灾害尤为严重.地表形变监测是修复生态环境问题的首要工作.InSAR技术作为一种面监测技术,因其独特的优势,已成功应用于煤矿地面塌陷监测.本文收集 2020年 8月至2022年 10月时间段内共 58景Sentinel-1A数据,利用时间序列干涉测量(SBAS-InSAR)技术,对杨伙盘矿区地表进行形变监测,同时利用无人机正射光学影像进行形变特征解译.相关资料和监测结果显示:在监测期内,煤矿开采 3-1 煤层,共监测到 3个形变中心,分别位于 301盘区和303盘区的工作面,可探测的最大形变值达-130 mm,最大年平均形变速率约为-52 mm/a.对每个形变中心进行时间序列形变规律分析,地表在工作面开采后进入加速变形期,随后减速逐渐趋于稳定状态.研究结果表明,InSAR监测形变区位置与煤矿开采工作面位置及地表裂缝等形变特征基本保持一致.时间序列InSAR技术可以有效应用于大范围矿区开采沉陷的识别与监测,为采空区灾害的预防及治理提供技术服务.

    杨伙盘矿区SBAS-InSARSentinel-1A地表形变监测时间序列分析

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    近距离煤层重复采动覆岩破坏规律及"两带"发育高度分析

    王文才吴周康李龙龙王鹏...
    160-167页
    查看更多>>摘要：为研究近距离煤层重复采动下覆岩破坏规律与"两带"发育高度,预防工作面开采过程中由导水漏风通道引起的工作面顶板漏水、采空区自燃等各种安全事故,以鄂尔多斯市某煤矿为工程背景,采用井下窥视法和数值模拟对近距离煤层开采后覆岩破坏规律以及"两带"发育高度进行分析,揭示了规律形成的原因.研究结果表明:在近距离煤层重复采动影响下,"两带"发育高度远超过上煤层开采,下煤层推进 80 m时裂隙带最大发育高度为 88 m,与地表贯通形成导水漏风通道;初次采动与重复采动时的裂采比分别为 19.33、29.33;裂隙带的发育呈台阶式上升,阶段间的变化表现为激跳形式;覆岩的破坏表现为"拱形→帽形→马鞍形→外O内蝶形";数值模拟及拟合公式所预测的"两带"发育高度与实测值之间误差率为1%左右,验证了预测的准确性,可为相似工作面的开采以及相似工程提供借鉴.

    近距离煤层岩移规律"两带"发育高度井下窥视数值模拟

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    三贵口铅锌矿矿柱回收对地表沉陷影响研究

    王长军卢磊芬秦仕文李辉...
    168-176页
    查看更多>>摘要：针对乌拉特后旗紫金三贵口铅锌矿现场工程地质条件、矿柱形态及分布,以及现存采空区整体稳定性评价结果,采场内遗留的部分矿柱具备回收条件.为明确 630 m及以上中段矿柱回收对地表变形产生的影响,对地表沉陷规律和岩层移动范围进行预测分析,并评价相关采矿活动可能产生的影响.本文研究了基于随机介质理论的概率积分法对矿柱回收地表移动及沉陷进行理论计算分析,采用三维采空区扫描建立精细化的采空区和矿柱模型,并利用FLAC3D数值模拟软件系统研究矿柱回收对地表沉陷的影响.研究结果表明,回采安全等级为I级的矿柱回收方案,理论计算和数值模拟结果中的地表最大下沉量和水平移动值基本一致,且二者所确定的地表影响范围和沉陷分布规律也基本一致,主要集中在矿柱及采空区密集区域;同时,地表最大倾斜远小于 1 mm/m、最大曲率远小于 0.05 mm/m2、最大水平变形远小于 1 mm/m,表明矿柱回采后地表变形沉陷处于安全范围之内,不会因矿柱回收产生较大的地表变形沉陷而造成地表塌陷等灾害,研究结果为矿山后续开采提供了理论支撑.

    矿柱回收地表沉陷岩层移动范围概率积分法理论计算FLAC3D数值模拟

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    基于UAV勘察与层次分析法的安阳许家沟露天矿山地质风险评价

    江雷娄嘉慧史冲
    177-186页
    查看更多>>摘要：矿产资源是社会经济发展的重要基础,在社会发展与生态建设统筹的背景下,矿山地质风险防治与生态环境修复成为矿业研究的焦点.矿山地质风险的分类和量化是矿山地质风险防治和修复的基础,有利于因地制宜制定治理措施.本文基于UAV勘察和层次分析法对安阳许家沟露天矿山群地质风险进行了评价,根据勘察结果总结出边坡崩塌、矿坑坍塌和水土流失 3个主要地质风险,各风险层选取 4个因素,共 12个评价指标,并利用ArcGIS栅格计算模块对选取的12个评价因素进行叠加分析.研究结果显示:高度风险区、显著风险区、一般风险区和稍有风险区的面积分别为 13 500 m2、39 000 m2、26 750 m2、45 750 m2,分别占研究区总面积的 10.8%、31.2%、21.4%、36.6%;综合矿山地质风险排序为河西胜利II区<豫隆I区<豫安III区;从豫隆I区到豫安III区,随着研究子区面积的减少,边坡崩塌风险贡献率逐渐降低,矿坑坍塌风险和水土流失风险逐渐升高.研究结果表明,边坡崩塌评分与矿山地质评分呈现双峰态势,而矿坑坍塌风险和水土流失风险呈单峰态势.本文提出危岩清除、矿渣回填、边坡修整、客土恢复林地和耕地、养护治理等治理措施,从而降低矿山地质风险,修复矿山生态.

    UAV勘察层次分析法露天矿山矿山地质风险评价生态修复

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