基于库水运移模拟的大平矿水库下协调开采计划优化研究
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摘要
针对大平煤矿目前亟待解决的水库下煤炭资源安全、经济开采问题，论文以矿井北一采区和南二采区水库下开采为工程背景，基于煤矿开采理论、矿山岩体力学、矿山开采沉陷学、计算机图形学、GIS应用技术、数据库技术和软件开发技术，综合运用基础数据采集与处理、软件编程、数字地形模型建立和库水运移模拟分析等研究手段和方法，提出了利用工作面开采引起的地表下沉盆地引导库水运移，以库水下开采面积最小为优化准则的协调开采计划研究思想，建立了水库下协调开采计划的优化技术体系。
采用不规则三角网建模方法建立了库区地形数字高程模型，采用基于ArcGIS Engine的组件式GIS开发模式开发了库区地理信息管理系统，实现了库区地形的空间数据管理、空间查询、三维显示与分析；采用概率积分法建立了不同开采条件下的地表移动和变形预计模型和算法，开发了地表开采沉陷可视化预计系统，实现了主断面和下沉盆地内各种地表移动变形值的准确计算和预计结果的可视化分析；基于反距离权重空间插值理论建立了工作面开采地理下沉盆地的生成方法，采用判别点与多边形几何关系的射线法建立了下沉盆地在库区地形数字高程模型中的无缝嵌入技术，实现了随工作面开采库区地理数据库的动态修正和库区地形数字高程模型的实时重构；以库区地理信息管理系统和地表开采沉陷可视化预计系统为基础平台，建立了库水运移模拟技术，实现了库区水位标高的反演计算，库区水位线与回采工作面相对位置关系的正确标绘和工作面水下开采面积的准确计算；运用库水运移模拟技术，评价了北一和南二采区现行开采计划的库水威胁程度，并根据水库下协调开采计划的优化准则确定了两生产采区水下工作面的最优协调开采计划。
研究结果表明，水库下协调开采计划优化技术体系显著降低了回采工作面的库水威胁程度，为大平矿水库下煤炭资源的安全开采提供了科学的决策支持，具有重要的理论意义和实际应用价值，并为我国其它矿区水体下呆滞煤量的合理开采提供有益的借鉴和参考。
Aimed at the urgently solved problem of safely and economically mining coal resourceunder reservoir in Daping coal mine at present, this paper chooses mining under reservoir inNorth No.1and South No.2district as the engineering background, comprehensively adopts suchresearch method and manner as foundational data acquisition and processing, softwareprogramming, digital terrain modeling, simulation and analysis of reservoir water movement toput forward the research thought of harmonic mining plan with surface subsidence basin guidingreservoir water movement and optimization criterion of minimizing mining area under reservoirbased on coal mining theory, mining rock mechanics, mining subsidence theory, computergraphics, GIS application technology, database technology and software development technology,and establishes an technology system of optimizing harmonic mining plan under reservoir.
With triangulated irregular network modeling method, this paper establishes digitalelevation model of reservoir terrain, developes reservoir geographic information managementsystem with components GIS development mode based on ArcGIS Engine, realizes spatial datamanagement, spatial information inquiry, three-dimensions display and analysis of reservoirterrain; With probability integral method, this paper establishes prediction model and algorithmof surface movement and deformation under different mining conditions, develope avisualization system of mining subsidence prediction, which can accurately calculate varioussurface movement and deformation in mian cross section and subsidence basin, and visuallyanalyze prediction results; The generation method of coalface mining geographic subsidencebasin is established with inverse distance weighted interpolation theory, the technology ofsubsidence basin seamlessly embedded in digital elevation model of reservoir terrain isestablished with the ray method which distinguishes the geometric relationship between pointand polygon, the geographic database of reservoir region can be dynamically corrected and thedigital elevation model of reservoir terrain can be reconstruct in real time along with coalfacemining; Based on reservoir geographic information management systems and surface miningsubsidence prediction visualization system, the simulation technology of reservoir watermovement is established, which can inversely calculate water level elevation of reservoir, thecorrectly plot the relative position between reservoir water line and coalface, and accuratelycalculate the mining area of coalface under water; With the simulation technology of reservoirwater movement, the threat degree of the reservoir water of the current mining plan in NorthNo.1and South No.2district is estimated, and according to the optimization criteria of harmonicmining plan under reservoir, a optimal harmonic mining plan of coalfaces under water in thetwo districts is determined.
The study results show that the technology system of optimizing harmonic mining planunder reservoir significantly reduces the threat degree of reservoir water to coalfaces, providesscientific decision-making support for safety coal resources mining under reservoir in Dapingcoal mine, has the important theoretical significance and practical application value, and willprovide a useful reference for reasonable mining of dull coal reserves under water body in othermining area of China.
采用不规则三角网建模方法建立了库区地形数字高程模型，采用基于ArcGIS Engine的组件式GIS开发模式开发了库区地理信息管理系统，实现了库区地形的空间数据管理、空间查询、三维显示与分析；采用概率积分法建立了不同开采条件下的地表移动和变形预计模型和算法，开发了地表开采沉陷可视化预计系统，实现了主断面和下沉盆地内各种地表移动变形值的准确计算和预计结果的可视化分析；基于反距离权重空间插值理论建立了工作面开采地理下沉盆地的生成方法，采用判别点与多边形几何关系的射线法建立了下沉盆地在库区地形数字高程模型中的无缝嵌入技术，实现了随工作面开采库区地理数据库的动态修正和库区地形数字高程模型的实时重构；以库区地理信息管理系统和地表开采沉陷可视化预计系统为基础平台，建立了库水运移模拟技术，实现了库区水位标高的反演计算，库区水位线与回采工作面相对位置关系的正确标绘和工作面水下开采面积的准确计算；运用库水运移模拟技术，评价了北一和南二采区现行开采计划的库水威胁程度，并根据水库下协调开采计划的优化准则确定了两生产采区水下工作面的最优协调开采计划。
研究结果表明，水库下协调开采计划优化技术体系显著降低了回采工作面的库水威胁程度，为大平矿水库下煤炭资源的安全开采提供了科学的决策支持，具有重要的理论意义和实际应用价值，并为我国其它矿区水体下呆滞煤量的合理开采提供有益的借鉴和参考。
Aimed at the urgently solved problem of safely and economically mining coal resourceunder reservoir in Daping coal mine at present, this paper chooses mining under reservoir inNorth No.1and South No.2district as the engineering background, comprehensively adopts suchresearch method and manner as foundational data acquisition and processing, softwareprogramming, digital terrain modeling, simulation and analysis of reservoir water movement toput forward the research thought of harmonic mining plan with surface subsidence basin guidingreservoir water movement and optimization criterion of minimizing mining area under reservoirbased on coal mining theory, mining rock mechanics, mining subsidence theory, computergraphics, GIS application technology, database technology and software development technology,and establishes an technology system of optimizing harmonic mining plan under reservoir.
With triangulated irregular network modeling method, this paper establishes digitalelevation model of reservoir terrain, developes reservoir geographic information managementsystem with components GIS development mode based on ArcGIS Engine, realizes spatial datamanagement, spatial information inquiry, three-dimensions display and analysis of reservoirterrain; With probability integral method, this paper establishes prediction model and algorithmof surface movement and deformation under different mining conditions, develope avisualization system of mining subsidence prediction, which can accurately calculate varioussurface movement and deformation in mian cross section and subsidence basin, and visuallyanalyze prediction results; The generation method of coalface mining geographic subsidencebasin is established with inverse distance weighted interpolation theory, the technology ofsubsidence basin seamlessly embedded in digital elevation model of reservoir terrain isestablished with the ray method which distinguishes the geometric relationship between pointand polygon, the geographic database of reservoir region can be dynamically corrected and thedigital elevation model of reservoir terrain can be reconstruct in real time along with coalfacemining; Based on reservoir geographic information management systems and surface miningsubsidence prediction visualization system, the simulation technology of reservoir watermovement is established, which can inversely calculate water level elevation of reservoir, thecorrectly plot the relative position between reservoir water line and coalface, and accuratelycalculate the mining area of coalface under water; With the simulation technology of reservoirwater movement, the threat degree of the reservoir water of the current mining plan in NorthNo.1and South No.2district is estimated, and according to the optimization criteria of harmonicmining plan under reservoir, a optimal harmonic mining plan of coalfaces under water in thetwo districts is determined.
The study results show that the technology system of optimizing harmonic mining planunder reservoir significantly reduces the threat degree of reservoir water to coalfaces, providesscientific decision-making support for safety coal resources mining under reservoir in Dapingcoal mine, has the important theoretical significance and practical application value, and willprovide a useful reference for reasonable mining of dull coal reserves under water body in othermining area of China.
引文
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