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矿山地下水害防治工程可视化及地表塌陷预测研究

作　者: 杨彪
导　师: 罗周全
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 地下水数值模拟三维可视化地表塌陷 BP神经网络
分类号: TD745
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 198次
引　用: 3次
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内容摘要

矿山水害及其衍生的地表塌陷灾害是困扰矿山安全生产的一个非常棘手且又必须面对的问题,它严重威胁着矿山的安全生产、矿区地质环境和生态环境。因此,开展地下水数值模拟、帷幕注浆工程可视化以及岩溶地表塌陷预测技术研究,可为矿山实现地下水害及其衍生的地表塌陷灾害的有效治理提供强有力的技术支持,具有重要意义。本文针对中金岭南凡口铅锌矿地下水害防治帷幕注浆工程的实际,综合运用数值模拟、计算机三维建模和人工神经网络等技术,采用Visual Modflow、Surpac和Matlab等数字化工具,结合“注浆帷幕三维可视化及地下水数值模拟技术研究"科研课题,主要开展以下研究：(1)在概化水文地质条件的基础上,构建凡口铅锌矿数值模拟水文地质概念模型,以此为基础,运用三维地下水流模拟专业软件Visual Modflow,构建凡口铅锌矿地下水数值模拟模型,并实现对所建数值模拟模型的校正与验证。(2)运用凡口铅锌矿地下水数值模拟模型分析地下水流场的变化和区域水均衡情况,从而揭示研究区内地下水动态特征；模拟对比多种帷幕墙渗透系数和合理作用厚度方案下二期工程完成后地下水流场的变化,试算验证帷幕墙渗透系数和合理作用厚度；预测帷幕注浆三期工程完成后研究区的地下水流场变化,并评价帷幕注浆工程堵水的效果,为后续帷幕注浆工程三维可视化及地表塌陷预测奠定基础。(3)运用三维可视化软件Surpac建立帷幕注浆钻孔数据库,实现对帷幕注浆钻孔数据的有效管理和帷幕注浆钻孔三维可视化；建立帷幕墙的三维概念示意模型,涵盖帷幕注浆区域的地表三维模型,疏干巷道及水仓的三维模型,实现帷幕注浆工程的三维可视化,对指导矿山后续帷幕注浆工程的开展,提高工程施工管理水平具有重要现实意义。(4)结合凡口铅锌矿实际,分析研究区岩溶地表的塌陷机理,确定影响岩溶地表塌陷的主要因素,并依据各因素对岩溶地表塌陷的影响程度,实现岩溶地表塌陷主要因素的定量分级。(5)综合分析凡口铅锌矿地面塌陷历史资料,总结提出研究区的塌陷规律；构建岩溶地表塌陷区预测BP神经网络模型,并运用该模型预测帷幕注浆三期工程完成后研究区内塌陷区域的空间分布,为地表塌陷灾害提供预警支持,提出塌陷防治的技术措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 课题的由来、研究目的和意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-19
    1.3.1 地下水数值模拟技术研究现状  12-16
    1.3.2 地质体及工程三维可视化技术研究现状  16-17
    1.3.3 岩溶地表塌陷机理及预测技术研究现状  17-19
  1.4 研究内容及技术路线  19-22
    1.4.1 研究内容与方法  19-21
    1.4.2 研究的技术路线  21-22
  1.5 本章小结  22-23
第二章地下水数值模型构建、校正及验证  23-38
  2.1 基本技术思路  23-24
  2.2 研究区地质环境概况  24-25
  2.3 地下水数值模型的构建  25-29
    2.3.1 水文地质概念模型  25-26
    2.3.2 研究区数值模拟模型  26-29
  2.4 模型的校正与验证  29-37
    2.4.1 模型的校正  29-32
    2.4.2 模型的验证  32-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章地下水流场分析及注浆帷幕参数试算验证  38-53
  3.1 基本技术思路  38
  3.2 地下水流场分析  38-40
  3.3 区域水均衡分析  40-41
  3.4 注浆帷幕参数试算验证  41-48
  3.5 研究区水流场预测  48-51
  3.6 本章小结  51-53
第四章帷幕注浆工程三维可视化  53-65
  4.1 基本技术思路  53-54
  4.2 可视化建模范围  54
  4.3 注浆工程钻孔数据库及帷幕模型建立  54-59
    4.3.1 注浆工程钻孔数据库创建  54
    4.3.2 钻孔数据可视化  54-56
    4.3.3 帷幕墙实体模型建立  56-59
  4.4 地表模型建立  59-60
  4.5 疏干巷道模型建立  60-62
  4.6 模型复合显示  62-64
  4.7 本章小结  64-65
第五章岩溶地表塌陷机理及影响因素分析  65-73
  5.1 概述  65
  5.2 研究区岩溶地表塌陷形成机理  65-67
    5.2.1 岩溶地表塌陷的致塌应力  66
    5.2.2 岩溶地表塌陷的抵抗应力  66-67
    5.2.3 岩溶地表塌陷的形成过程  67
  5.3 研究区岩溶地表塌陷影响因素的确定  67-71
    5.3.1 地下水影响  68-69
    5.3.2 水文地质参数  69-70
    5.3.3 覆盖层影响  70
    5.3.4 环境影响  70-71
    5.3.5 岩性影响  71
  5.4 本章小结  71-73
第六章岩溶地表塌陷区预测  73-93
  6.1 基本技术思路  73-74
  6.2 BP神经网络基本原理  74-76
  6.3 岩溶地表已塌陷区域分析  76-78
  6.4 岩溶地表塌陷区预测BP神经网络模型构建  78-86
    6.4.1 BP模型输入、输出参数的确定  78
    6.4.2 BP模型网络层数的确定  78-79
    6.4.3 BP模型训练样本的选取及归一化  79-83
    6.4.4 BP模型训练及其结果  83-86
  6.5 岩溶地表塌陷区预测  86-91
    6.5.1 岩溶地表塌陷区预测样本选取及归于一化  86-89
    6.5.2 岩溶地表塌陷区预测  89-91
  6.6 岩溶地表塌陷防治措施  91-92
    6.6.1 塌陷预防措施  91
    6.6.2 塌坑治理措施  91-92
  6.7 本章小结  92-93
第七章全文总结与展望  93-95
  7.1 本文主要研究成果  93-94
  7.2 本文的主要创新之处  94
  7.3 下一步工作的展望  94-95
参考文献  95-102
致谢  102-103
硕士期间发表的论文和参与的课题及获奖情况  103

矿山地下水害防治工程可视化及地表塌陷预测研究

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