采矿测量专业论文.docx
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采矿测量专业论文
本科生毕业设计（论文）
山西大同大学煤炭工程学院
二零一五年三月
山西大同大学
本科生毕业设计
中文题目：
平朔安家岭矿4102工作面变形监测资料分析
英文题目：
学院：
煤炭工程学院
姓名：
学号：
专业：
班级：
指导教师：
职称：
完成日期：
年月日
山西大同大学2014届本科毕业设计选题审批表
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
学生姓名
学号
指导教师
职称
所选题目名称：
选题性质：
（）A.理论研究（）B.应用研究（）C.应用理论研究（）D.产品设计（）E.工程技术开发（）F.软件开发与应用（）G.其它
选题的目的和意义：
指导教师意见：
签字：
年月日
学院意见：
签字：
年月日
备注：
山西大同大学2014届本科毕业设计开题报告
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
论文题目
论文类型
A理论研究；B应用研究；C应用理论研究；D产品设计；E工程技术开发；F软件开发与应有；G其它
指导教师
职称
学生姓名
学号
一、研究现状、目标、意义综述
二、研究方法和进度安排
三、指导教师意见
指导教师签字：
年月日
山西大同大学2014届本科毕业设计中期检查表
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
论文（设计）题目：
学生姓名
学号
指导教师
职称
综述学生在设计完成过程中的研究态度、与指导教师联系情况以及存在的问题的解决情况。
学生签字：
指导教师签字：
年月日年月日
山西大同大学2014届本科毕业设计评阅人评分表
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
论文（设计）题目：
学生姓名
学号
指导教师
职称
评阅人
职称
评阅人评鉴
评审项目
指标
A
B
C
D
E
选题质量
01
选题与专业培养目标相符情况
02
选题体现专业特点情况
能力水平
03
综合运用知识能力
04
运用资料文献能力
05
研究方案的设计能力
论文水平
06
论点论据、语言表达
07
整体结构、应用价值
08
写作规范情况
评阅人评定成绩
优良中及格不及格
评定成绩参考：
优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-四项B或A，其它至少为D；不及格-4项为E。
注：
详见《本科毕业论文（设计）指导手册》中的表9。
山西大同大学2014届本科毕业设计指导教师评分表
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
论文（设计）题目：
学生姓名
学号
指导教师
职称
指导教师评语：
指导教师签字：
年月日
评价项目
A
B
C
D
E
写作
过程
01
写作过程中的认真程度
02
写作过程中，进度掌握情况
选题
质量
03
选题与专业培养目标相符情况
04
选题体现专业特点情况
05
选题体现三基的要求情况
论文
质量
06
知识综合运用能力
07
结构、方案设计、应用价值
08
写作规范情况
指导教师评定成绩
优良中及格不及格
毕业设计分工情况：
（多人合作时填写，包括本人研究的内容及其在课题中所占比例）
评定成绩参考：
优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-4项B或A，其它至少为D；不及格-4项为E。
山西大同大学2014届本科毕业设计答辩评分表
学院：
煤炭工程学院系别：
专业：
论文题目：
学生姓名
学号
指导教师评分
指导教师
职称
评阅人评分
答辩委员会/答辩小组名单
姓名
性别
职称
学位
答辩小组职务
答辩委员会（答辩小组评鉴）
评审项目
指标
A
B
C
D
E
论文评价
01
选题与专业培养目标相符情况
02
选题体现专业特点情况
03
综合运用知识能力
04
运用资料文献能力
05
研究方案设计能力
06
论点论据、语言表达
07
整体结构、应用价值
08
写作规范情况
答辩表现
09
自述情况
10
答辩过程
答辩委员会综合评定成绩
优良中及格不及格
毕业设计（设计）最终得分：
答辩委员会主任（或组长）签字：
年月日
评定成绩参考：
优-9项A，另一项为B；良-8项B或A，其它至少为B；中-7项B或A，其它至少为C；及格-6项B或A，其它至少为D；不及格-5项为E。
注：
详见《本科毕业论文（设计）指导手册》中的表11。
山西大同大学2014届本科毕业生设计答辩记录表
煤炭工程学院专业级姓名学号
论文题目
答辩委员会
主席（或组长）
职称
答辩委员会
秘书
答辩委员会
成员
答辩记录（包含答辩委员提出的问题，学生回答情况等）
记录人签字：
答辩委员会主任（答辩小组组长）（签字）：
年月日年月日
摘要
煤炭是我国最重要的能源资源，它给我们带来了巨大的经济效益，但随着大量的煤炭资源从地下采出，开采所引起的地表沉陷及其环境灾害问题也日益突出。
煤矿开采变形不但损坏了人们生存活动的矿区生态坏境，而且对地表建筑物造成了严重损害。
在确保地面建筑物及地表安全的前况下，最大限度的开采煤炭资源是当今社会煤炭开采所面临的一个重大问题。
因此，矿区的开采沉陷及地表水平移动规律，对矿区地质环境灾害的防护，增加开采经济效益，实现煤炭开采的可持续发展有着重要的现实意义。
本文对安家岭矿4102工作面的观测站实测资料进行了综合分析，利用参数公式计算出下沉量、倾斜量、曲率值、下沉速度值、水平变形量及水平变形值，再把这些值整理后导入到excel中，利用excel绘制下沉曲线图、倾斜图、曲率图、下沉速度图、水平移动及水平变形图，并利用其二次开发功能VBA实施命令绘图，得出工作面开采沉陷基本规律。
关键词：
开采沉陷；地表水平移动规律；实测资料；命令绘图
ABSTRACT
Coalisthemostimportantenergyresourcesinourcountry,itbringsusahugeeconomicbenefits，Butwithalargenumberofcoalresourcesrecoveryfromunderground,miningandenvironmentaldisasterscausedbysurfacesubsidencearealsoincreasinglyprominent.Miningsubsidencenotonlydestroyedthepeopleliveintheminingareaecologicalenvironment,butalsocausedseveredamagetobuildings.Onthepremiseofensurethesafetyofgroundbuildingsandtheearth'ssurface,themaximumexploitationofcoalresourcesisanimportantissueforthecoalmininginrecentlyyears.Sothelevelofminingsubsidenceandsurfacemovementlawhasimportantpracticalsignificanceforgeologicalenvironmentofminingareadisasterprotection,increaseproductioneconomicbenefitandrealizethesustainabledevelopmentofcoalmining.
Inthisarticle,IByanalysisingThemeasureddataoftheAnjialingcoalmine4102workingface.usingtheparameterformulatocalculatethesubsidence,includecurvaturevalue,thesinkingspeed,horizontaldeformationandhorizontaldeformationvalue.thensortedthevalueafterimportedintoexcel，Idrawcurvatureplotofthesinking,leanfigure,figure,sinkingvelocitydiagram,horizontalmovementandhorizontaldeformation,andusingthesecondtimedevelopmentfunctionofVBAachievecommanddrawing,itisconcludedthatcoalminingsubsidencebasicrule.
Keywords:
miningsubsidence;Theregularityofsurfacelevelmovement;Themeasureddata;commanddrawing
目录
1绪论1
1.1研究目的和意义1
1.2研究现状1
1.2.1开采沉陷研究现状1
1.2.2地表移动规律研究现状2
1.2.3变形分析研究现状2
1.2.4VBA研究现状3
1.3研究内容和方法3
1.3.1研究内容3
1.3.2研究方法3
2安家岭4102工作面地质采矿条件4
2.1地理位置4
2.2地质条件4
2.3工作面概况5
3地表观测站设计6
3.1观测站设计的原则6
3.2观测站设计资料6
3.3布站的形式及埋点要求7
3.4观测方法及时间7
3.5观测已知数据9
4数据整理及移动和变形计算方法11
4.1下沉11
4.2倾斜14
4.3曲率15
4.4下沉速度15
4.5水平移动15
4.6水平变形16
5VBA简介17
5.1EXCELVBA和宏概述17
5.2VBE17
5.3VBA宏的制作18
6地表移动动态规律分析研究20
6.1下沉曲线图绘制分析及程序编码20
6.2倾斜曲线图绘制分析及程序编码26
6.3曲率曲线图绘制分析及程序编码27
6.4下沉速度曲线图绘制分析及程序编码28
6.5水平移动曲线图绘制分析及程序编码29
6.6水平变形曲线图绘制分析及程序编码30
7地表移动规律初步分析31
7.1超前影响31
7.2滞后影响32
7.3地表移动持续时间33
7.4角量参数34
8结论与展望36
8.1结论36
8.2展望37
参考文献39
致谢40
1绪论
变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。
1.1研究目的和意义
我国煤炭储量丰富，煤炭资源利用在给我们带来带来巨大利益的同时矿区大规模的开采造成了其周围生态环境的严重破坏。
其中，致使矿区地质生态环境破坏的始作俑者归根到底还是开采沉陷所引起的地表移动与变形。
开采沉陷在时间和空间上都比较繁琐，这也是其存在的最大问题。
在工作面推进过程中，回采工作面同地表点相对位置有所区别跟时间段有关系，地表受开采的作用效果也不一样。
地表点的移动是一个从开始移动到剧烈移动，最终到停止移动的过程。
试点实践经验告诉我们，只观测研究充分采动或超充分采动时地表的变形状况是远远不够的，必须研究其在开采各个时段下地表的移动与变形并进行比较。
比如，在开采完成，达到充分采动后，地表表现为一个下沉平底，即此范围内下沉相同，但由于随着工作面推进，变形区域发生变化，所以无法确保地面建筑物及设施的安全。
所以很有必要进行变形监测。
各个时段的观测记录、数据分析，可得出其地表移动变形规律，从而掌握在不同开采时刻地表建筑物受开采的影响范围、大小，方便地表的预防与防治，为人们的生命财产安全提供有力保障。
1.2研究现状
1.2.1开采沉陷研究现状
随着大量的煤炭资源的采出，开采所引起的地表沉陷及其环境灾害问题日益突出。
所以对其工作面及地表的变形监测就显得尤为重要。
我们国家对变形监测的研究工作比国外发达国家要晚几十年，我们是从1949年后才开始的，于1960年建立了地表下沉盆地的负指数形式剖面函数并引入了概率积分法。
砌体梁假说被钱鸣高等人在70年代末申明，保全煤柱开采方法被刘天泉于1978年提出。
80年代初宋振骐提出传递岩梁假说，1981年又与仲惟林等合作，研究并掌握了覆岩破坏的基本规律，直到现在，我国开采沉陷变形监测理论和实践研究有了质的提升，碎块体理论、三维层状模型与典型曲线法的建立，负指数函数法计算地表移动的应用等等,对于变形监测数据的模拟，学者们通过建立不同的模型，得到了更为全面的变形监测成果。
张玉卓的模糊内时有限元法；谢和平的损伤非线性大变形有限元法；何满朝的非线性光滑有限元法；邓喀中的损伤有限元法；王泳嘉、张玉卓和麻凤海的离散单元法等。
当今社会已进入了信息化时代，研究开发者们开发出了不同的软件，如北京大学的NOLM系列程序、清华大学的TFINE系列程序、西安矿业学院的NCAP系列程序、中国矿大的ADINAM程序和中科院武汉岩土所的JRNA系列程序等等，为计算拟合、定量预计提供了更多的方便，为对地表变形监测提供了捷径。
1.2.2地表移动规律研究现状
1950年我国开始了地表移动与变形监测研究，先后在开滦、淮南煤矿区、抚顺、峰峰、枣庄等矿区建立了地表观测站，并开展了对地表移动随工作面推进的规律研究。
有了自己的方案，拥有了针对各类地形、地貌的规律研究方法。
通过大量的研究测量，获取了各类实测资料及分析后的基本参数。
建立了属于中国特色的地表移动与变形规律。
1.2.3变形分析研究现状
变形分析的研究内容包括了数据处理与分析、变形物理解释和变形预计的各个方面。
在观测站采集数据时，一定要注意其观测方法、仪器选择确保观测值的质量可靠，并要剔除粗差数据，对剩余数据选取基准进行平差，其质量直接影响着变形值的可靠性，所以一定要谨慎。
1960年，学者们基于固定基准的经典平差，提出了“内制约”平差法、“外坐标”平差法，他们很广泛用在了断层俩边地壳的相对运动。
提出了“拟稳平差”，把监测网的参考系用拟网点来诠释。
为了监测网中参考点是否稳定，开始应用统计检验的理论来分析参考点的稳定性。
变形动态分析模型的应用研究使变形分析走到了一个新的领域。
1.2.4VBA研究现状
VBA的开发环境是集成设备电路，可利用程序来进行操作，其语言结构与VB相似，他是一款主要针对office的操作系统，直到现在对他的研究已经比较成熟，它可以发挥以下作用：
1.操作界面人性化，方便用户的操作；
2.规范用户的操作，控制用户的操作行为；
3.实现一些无法实现的功能；
4.多个步骤的手工操作通过执行VBA代码可以迅速的实现。
1.3研究内容和方法
1.3.1研究内容
本次研究结合安家岭矿区地表移动与变形观测等资料，通过对资料和观测成果的处理，确定地表移动观测站主要移动参数，对观测资料进行综合分析，最终得出地表移动变形的规律。
通过对安家岭矿区工作面对地表的影响，来分析其所在矿区的地表移动与变形在不同时间段受开采的影响，得出结论，从而有效的保障矿区建筑物及人们的安全，为安家岭煤矿土地的利用提供可靠的信息。
1.3.2研究方法
在了解了安家岭矿地址工程范围、交通、地形条件及地质采矿条件等的基础上建立变形监测控制网，布设剖面线状观测站，走向、倾向各一条，通过观测站连测、全面观测和日常观测采集数据，利用excel的二次开发功能vba把处理好的数据进行宏录制、绘图过程宏录制，再把录制好的宏进行编辑、修改、整理，实现操作的程序化命令，根据曲线图分析安家岭矿地表移动和变形规律，并推断其动态参数。
2安家岭4102工作面地质采矿条件
2.1地理位置
上窑区位于安家岭露天开采区的南帮，上部是安家岭露天矿的西排土场。
地理座标为东经112°17′～112°25′,北纬39°25′～39°30′,行政区划隶属于山西省朔州市平鲁区。
矿区南边有大（同）～运（城）公路和北同蒲铁路通过,朔（州）～平（鲁）二级公路南接大运公路沿七里河北上通过井田中部到平鲁城区,矿井工业场地距朔州市城区17km。
2.2地质条件
依据安太堡二号精查地质报告，本区大部分为新生界覆盖，仅沟谷中有零星上、下石盒子组、山西组、及石炭系出露。
地层中有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系、第四系组成，各地层自下而上分述如下。
奥陶系 中统马家沟组，顶界至山西式铁矿之底。
其间的峰峰组在本区缺失。
钻孔揭露最大厚度284m，未见底。
主要岩性为暗灰及褐灰色结晶灰岩、泥晶灰岩夹薄层状白云岩，上部及下部均有灰色薄层状泥灰岩。
石炭系 中统本溪组，厚度31～55ｍ，平均39ｍ，中部厚，东西两侧薄。
主要岩性为灰色、深灰色砂质泥岩、粉砂岩及1～2层铝质泥岩，底部为山西式铁矿。
上统太原组，厚度68～109m，平均80m。
主要岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩、石灰岩及浅灰色砂砾岩。
含高岭石粘土矿（岩）6～8层，呈透镜体分布。
含煤7～10层，其中可采煤5～7层，为本区主要含煤层段。
二叠系山西组,厚41～89m，平均56m。
岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩以及浅灰色砂砾岩。
含叠银灰岩2～3层；高岭石粘土矿（岩）4～6层；煤2～4层。
但均不可采。
下统石盒子组,厚65～95m，平均76m，岩性下部为灰色砂质泥岩、泥岩以及具鲕状结构之铝质泥岩夹灰黄色中细砂岩，有时夹煤线为灰黄色有时具紫色斑块之砂质泥岩、粉砂岩。
上统上石盒子组，顶界出露不全，厚42m。
岩性为灰紫色与黄绿色砂质泥岩、泥岩以及粉砂岩互层。
中夹灰黄色中砂岩，厚度达到10余米。
第三系上新统保德组，岩性为深红色粘土和亚粘土互层，中夹数层钙质结核。
厚10～25m，平均15m。
第四系下、中更新统午城组、离石组，岩性为浅黄色夹棕色亚粘土夹古土壤层（棕褐色亚粘土），含钙质结核，厚13m左右。
上更新统马兰组，岩性为黄土状亚砂岩土以及亚粘土（马兰黄土），厚约12m。
全新统，冲洪积层，岩性为亚砂岩土夹砂砾石层，厚3～11m，平均6m。
本区受宁武向斜、芦于沟背斜以及白家辛窑向斜的控制，总体为向南倾斜的单斜构造。
底层倾角全区多在10度以下，上窑区和不采区倾角较平缓，一般为2～3度，较为特殊的条件是上方存在有露天矿的排土场，且位于露天矿的边坡位置，因此须考虑开采对排土场的影响及对边坡的影响。
2.3工作面概况
依据开采设计，上窑区开采4#、9#煤两个煤层，受地质条件影响，本区4#煤层分为两层，上层为41号煤层、下层为42号煤层，41号煤层厚约8m，42号煤层厚为4.2m，9号煤层厚12m，41号煤和42号煤合并区以及9号煤采用综合机械化放顶煤开采方式，一次采全高的综合机械化采煤技术则用在了42号煤层。
4（41）号煤为上煤组主要可采煤层。
全区稳定可采，厚8.02～18.92m，平均13.90m。
位于太原组顶部。
顶板一般为粗砂岩，有时为砂质泥岩或粉砂岩，底板多为砂质泥岩及粉砂岩。
煤层在上窑开采区中部向东南方向分叉，以不规则形状向西延伸至边界。
分叉后上层为41号煤，下层为42号煤，最大间距6.40m，一般在2m左右。
41号煤厚3.73～16.16m，平均8.06m。
厚度以分叉合并线为界，有明显的变化，即在西北侧的合并区明显大于东南侧分叉区。
结构复杂，含夹石3～5层，岩性多为泥岩或砂质泥岩。
3地表观测站设计
观测站是指开采进行之前，在开采影响范围内的地表或其他研究对象上，按照一定要求设置的一系列互相联系的观测点。
在采动过程中，根据要求定期地对这些观测点进行监测，以确定他们的空间位置及其相对位置的变化，从而掌握地表移动和变形的规律。
3.1观测站设计的原则
观测站设计的原则有：
1.观测线的长度应大于移动盆地的范围；
2.设计在移动盆地的主断面上；
3.观测期间不受邻近采取的影响；
4.在安设控制点时，应安在牢固的位置，如果在有冻土层的地方安设，应安放在其所在冻土层下0.5m。
5.观测线上应根据采深和设站的目的布置一定密度的测点。
3.2观测站设计资料
观测站设计必备的资料：
1.开采进度安排，开采中开采工作面与地面的相对位置关系；
2.所在地的岩层状况、岩层分布、岩层柱状图、岩层属性及其分布规律等；
3.回采工作左面的设计资料，包括巷道布置、采煤方法、顶板控制方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间、周围开采情况等。
4.矿区控制点平面坐标及高程控制点高程。
5.所在地岩层的岩移资料，其中包括各个方向的移动角、边界角、裂缝角、最大下沉角、充分采动角等
3.3布站的形式及埋点要求
观测站根据其在观测时的布站形式不同，可分为剖面线状观测站和网状观测站。
当我们所观测的区域非常复杂、地表建筑物及人口多、其所在地商业利用价值高或者专门做研究工作时，才选择网状观测站，这个过程要求我们布设较多的观测点，并在需要的地方进行加密，这样采集的数据全面且准确，可很容易发现粗差，对于所测区域的研究也更加全面，但工作量大、花费大受外界影响大（如地形、天气的影响）。
剖面线状观测站是沿主断面走向和倾向方向分布直线状的观测线（有时由于受地形的影响也会出现微小的折线），每隔几米或几十米选取一点布设成俩条观测线，也可分布成半条，沿走向主断面布设的观测线称为走向观测线，沿倾向主断面布设的观测线称为倾向观测线。
它的优点在于观测站布设灵活性强，工作
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