老采空区超高水材料注浆减沉效果及预警研究

发布时间：2017-10-23 17:37

  本文关键词：老采空区超高水材料注浆减沉效果及预警研究

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【摘要】：我国东部矿区大多临近城区,随着土地的不断升值,充分利用老塌陷区土地资源成为很多城市和矿区亟需解决的问题。控制老采空区的残余变形是解放塌陷区土地、保证建筑物安全的核心。超高水材料相较于其他注浆材料具有流动性好、成本低等优点,近年来多个矿区采用该材料进行充填开采并取得了较好效果。当前,使用超高水材料进行老采空区注浆减沉的实践和研究较少,研究超高水材料注浆减沉效果对该技术的优化和推广应用具有重要意义。本文以邯矿集团聚隆煤矿新建工业广场下伏老采空区超高水注浆减沉实践为背景,对注浆区进行高精度、高频率的沉降监测;采用EMD方法对监测数据进行处理,研究注浆条件下的老采空区沉降特征;监测过程中应用ARMA模型进行动态预警;对比概率积分模型预计结果和实测成果,分析注浆减沉效果。通过以上研究获取了以下成果:(1)对注浆区进行了50次的沉降监测,获取了注浆条件下的老采空区沉降特征;应用EMD方法对沉降速率进行分解,得到若干本征函数IMF和余量r,经过分析其波形曲线可以得到:注浆期间IMF的振幅和频率增强,余量r有不同程度上凸趋势;注浆前、后IMF和余量r基本稳定,且注浆后沉降速率更小,说明浆体充填了部分孔隙和裂隙,增强了上覆岩层的稳定性。(2)应用ARMA模型对本征函数IMF和余量r分别建立模型,经对比发现,EMD-ARMA模型用于短期预测相对误差可达到20%,可用于注浆过程中的动态预警;基于注浆前的观测数据,采用EMD-ARMA模型进行动态沉降预测,通过和注浆期间的实测数据比较,揭示了注浆期的减沉特征。(3)采用概率积法对监测期间的残余变形进行预计,将监测区域划分为注浆区、注浆影响区和注浆非影响区,注浆减沉效果依以上分区次序逐步降低。(4)采用EMD方法对主井绞车房进行稳定性分析,发现注浆结束一段时间后,建筑物基本处于稳定状态,沉降速率和速率振荡幅度得到较好的控制。
【关键词】：老采空区 超高水材料 概率积分法 经验模态分解(EMD) 时间序列
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD823.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.2.1 老采空区残余变形研究现状11
• 1.2.2 老采空区注浆减沉研究现状11-12
• 1.2.3 经验模态分解和时间序列在沉降监测中应用研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 1.3.1 主要研究内容13
• 1.3.2 技术路线13-15
• 第2章 工程概况15-20
• 2.1 工程基本情况15-16
• 2.2 地质条件概述16
• 2.3 残余变形预计16-18
• 2.3.1 方法介绍理论16-17
• 2.3.2 残余变形预计17-18
• 2.4 钻孔分布及注浆量18-20
• 第3章 老采空区注浆沉降变形监测20-29
• 3.1 监测方案设计20-24
• 3.1.1 监测项目20
• 3.1.2 地表沉降监测20-21
• 3.1.3 建筑物沉降监测21-22
• 3.1.4 建筑物沉降控制标准22-23
• 3.1.5 沉降观测精度指标23
• 3.1.6 监测频率23-24
• 3.1.7 监控量测预警体系24
• 3.2 沉降监测24-29
• 3.2.1 监测点布设24-25
• 3.2.2 沉降观测25-27
• 3.2.3 监测成果27-29
• 第4章 基于EMD和时间序列的监测数据处理与预警29-46
• 4.1 监测点沉降速率序列EMD分解模型30-37
• 4.1.1 EMD分解方法30-31
• 4.1.2 三次样条插值函数31-34
• 4.1.2.1 三次样条插值函数构造32
• 4.1.2.2 观测数据插值计算32-34
• 4.1.2.3 插值结果检验34
• 4.1.3 观测数据EMD分解34-37
• 4.2 基于ARMA模型沉降预警37-44
• 4.2.1 ARMA模型介绍38-39
• 4.2.2 平稳性检查与处理39-40
• 4.2.3 AR(n)模型的阶次判定40-41
• 4.2.4 模型参数估计41
• 4.2.5 模型的适用性检验41
• 4.2.6 模型的预测41-44
• 4.3 本章小结44-46
• 第5章 老采空区注浆减沉效果分析46-64
• 5.1 基于EMD的沉降过程分析46-51
• 5.2 基于EMD-ARMA模型的动态减沉效果分析51-54
• 5.2.1 ARMA模型建模51-53
• 5.2.2 监测点动态下沉预计53-54
• 5.3 老采空区注浆影响范围分析54-57
• 5.4 不同影响区的监测点减沉效果分析57-60
• 5.4.1 注浆区监测点减沉效果分析57-58
• 5.4.2 注浆区外地表监测点减沉效果分析58
• 5.4.3 注浆区外建筑物监测点减沉效果分析58-60
• 5.5 基于EMD的建筑物稳定性分析60-62
• 5.6 老采空区注浆效果综合分析62-64
• 结论与展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 作者简介70-71

【参考文献】

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本文编号：1084621