基于D-InSAR LOS向变形的开采沉陷预计参数反演方法研究

针对基于常规D-InSAR技术成果无法反演全部概率积分参数(特别是水平移动参数)问题,开展了利用D-InSAR LOS向变形基于模矢法全面反演概率积分参数问题研究:1)依据DInSAR LOS向变形为下沉和南北、东西方向水平移动沿LOS向投影的关系,利用模矢法非线性规划理论,构建了基于单视线向D-InSAR LOS向变形的概率积分参数反演模型(可反演出全部概率积分参数),并编制了求参软件;模拟实验表明,q,tanβ,b,θ求参相对误差均小于2.5%,求参拟合误差在-11~11mm之间,LOS向变形拟合中误差为m=±5.8 mm,整体求参效果较好.2)利用建立的参数反演模型,在一定假设条件下,对2012年3月11日9310工作面开采沉陷预计参数进行了求取,即q=0.170,b=0.12,tanβ=2.12,θ=88°,S_1=-11,S2=10,S3=-90,S_4=33,拟合误差约在-34~38mm之间,拟合中误差m=±14.67mm;并认为S3=-90主要为9310工作面开采导致临近9312采空区边界的悬臂梁或砌体梁失稳"活化"所致.研究成果对D-InSAR矿山变形监测具有重要参考价值.     

时序分析在开采沉陷动态参数预计中的应用

应用时间序列分析法,对开采沉陷动态过程的概率积分法预计参数进行分析,建立动态预计模型。用该模型可对参数的未来值进行预计,然后利用预计结果进一步预计地表的移动变形,解决了开采沉陷的动态预计问题。应用此法,地表下沉的相对预计误差一般为４％左右,与传统方法相比,预计精度可提高５％～１５％。     

水平煤层半无限开采时沉陷参数误差对下沉预计结果精度的影响

本文依据误差理论，系统地分析了水平煤层半无限开采时概率积分法、威布尔分布法和样条概率积分法的参数误差对下沉预计结果精度的影响，弄清了预计结果精度的分布规律，评述了它们的优缺点，并指出了改进措施。本文的研究结果对开采沉陷观测站设计、开采沉陷参数及计算模型的识别具有指导意义。     

条带开采沉陷预计误差的实测纠偏方法

根据近水平煤层条带开采覆岩移动变形机制和下沉盆地的对称性,提出了近水平煤层条带开采沉陷预计误差的实测纠偏方法,编制了条带开采沉陷预计误差实测纠偏方法的计算机软件.利用前岭煤矿条带开采的地表下沉实测数据验证了该方法的可靠性,基于415工作面和413工作面采后的下沉曲线,应用实测纠偏方法预计的411工作面采后下沉曲线与实测曲线的误差小于±16mm.     

倾斜煤层开采沉陷预计模型的构建

概率积分法在我国煤矿开采地表沉陷预计领域得到了广泛应用,该方法具有对称分布特征,在水平煤层开采沉陷预计时精度最好,而倾斜煤层开采后地表下沉盆地的形态往往呈现偏态性,采用该方法对其进行预计偏差较大。针对此问题,建立了工作面随体坐标系和地表直角坐标系,利用随机介质理论在工作面随体坐标系中实现单元开采沉陷影响的叠加积分运算,然后将工作面随体坐标系中地表某点的沉陷影响转换到地表直角坐标系中,最终构建地表直角坐标系下的倾斜煤层开采沉陷偏态预计模型。分析认为,倾斜煤层单元开采引起的地表下沉符合威布尔偏态分布规律,结合实例对预计模型的有效性进行了验证。该模型预计精度随煤层倾角的增加而逐渐降低,研究结果可为相似矿区的沉陷预计提供理论和技术支持。     

密实充填采煤的岩层移动理论研究

综合机械化固体充填采煤技术能实现密实充填,其岩层移动和地表沉陷规律与垮落式采煤显著不同.在较系统分析充填采煤岩层移动的等价采高理论基础上,建立了密实充填采煤岩层移动的结构力学模型,并进行了连续介质力学分析,给出了相应的岩层移动和地表沉陷计算公式.通过实例分析,提出了在密实充填后,如还采用概率积分法预计地表沉陷,则应对传统的地表下沉预计参数加以修正.可为密实充填采煤覆岩移动和地表沉陷分析提供相关思路以及理论和方法.     

概率积分法预计参数选取的神经网络模型

在综合分析概率积分法参数与地质采矿条件之间关系的基础上,采用人工神经网络方法建立了概率积分法参数选取的模型．模型采用改进的BP优化算法,运用我国典型的地表移动观测站资料作为学习训练样本和测试样本。对网络模型的计算结果与实测值进行了对比分析．分析结果表明：用人工神经网络方法求算概率积分法参数结果更接近于实际．对提高开采沉陷预计精度具有积极意义．     

深部极不充分开采非常规观测站预测参数求取

为了研究深部极不充分开采地表移动的规律及预测参数的求取方法,对比分析了煤矿区地表移动观测站预测参数识别方法,基于概率积分法和概率密度函数法,构建了单向极不充分开采非常规观测站曲面拟合函数模型。以云驾岭煤矿三采区首采面12303工作面开采为例,采用曲面拟合法求取了地表沉陷预测参数。结果表明:在非常规观测站布设条件下,曲面拟合求参法适合于该类地质采矿条件,地表下沉率为0.12,走向主要影响角正切值为0.5,倾斜下山方向主要影响角正切值为1.2,走向左、右拐点偏移距分别为0.46 H0和0.2 H0,而最大下沉点向下山方向偏移量很小。这对于指导建筑物下安全开采和矿区保护煤柱留设具有一定的参考价值。     

MATLAB在开采沉陷预计参数求取中的应用

提出了基于实测资料,根据不同地质条件选择合适的预计公式的方法.利用MATLAB软件中非线性最小二乘拟合函数求取概率积分法预计参数,预计地表上任意点的移动和变形值,为求取预计参数提供了一种新的思路,实现了地表移动变形预计的可视化.     

浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律实测研究

为研究浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律,结合哈拉沟矿地质采矿条件,在22407工作面上方布设合理的地表移动观测站,进行地表移动和变形监测,获得较为完善的地表移动和变形资料。通过分析地表走向和倾向观测线的静、动态移动变形曲线,获得地表移动变形规律、相关角量参数及概率积分法预计参数。结果表明,在浅埋厚煤层高强度开采条件下,地表下沉比较剧烈,地表最大下沉速度达到696 mm/d,移动变形比较集中,能够快速形成下沉盆地,地表移动在很短的时间内达到稳定状态。研究成果可以为类似矿区设计"三下"采煤及合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预计提供参考。     

开采沉陷盆地下沉等值线函数—超椭圆函数

本文提出了开采沉陷盆地的下沉等值线为超椭圆函数,给出了参数的确定方法,并对实测资料进行了拟合计算。文中还根据积分中值定理证明了应用概率积分法求得的下沉等值线是椭圆形或圆形。     

深部开采条件下地表沉陷预测及控制探讨

基于实测资料建立了极不充分开采条件下概率积分法预测参数计算表达式和深部开采时下沉系数计算式,为深部开采地表移动预测提供了计算方法;基于极不充分开采的定义,给出了深部开采大采宽带的设计及控制地表沉陷的设计。     

广义时间函数参数求取方法研究

基于区间估计算法求取Knothe时间函数参数的原理,结合由开采引起地表沉陷的一般事实规律提出了采用区间估算法求取广义时间函数参数的构想,并建立了相应的数学模型,给出了地表移动动态预计的基本原理.结合实例,将采用该模型求得的参数进行地表动态沉陷预计的结果与实测资料进行对比分析.结果表明,该模型对矿区地表下沉动态预计能够达到较好的效果,说明该模型具有一定的实用价值.     

厚松散层下开采预计的概率积分法修正模型

由于厚松散层下开采具有明显不同于一般地质条件下的沉陷特性,结果导致在用传统的概率积分法对其预计时,预计结果与实际往往偏差较大.基于厚松散层土体与基岩岩性不同,根据岩层移动分层传递的观点,结合厚松散层下开采地表移动特征,建立了厚松散层下开采地表移动预计的概率积分法修正模型,对厚松散层下开采地表移动预计及建筑物保护有一定指导意义.     

厚松散层下开采预计的概率积分法修正模型

由于厚松散层下开采具有明显不同于一般地质条件下的沉陷特性,结果导致在用传统的概率积分法对其预计时,预计结果与实际往往偏差较大.基于厚松散层土体与基岩岩性不同,根据岩层移动分层传递的观点,结合厚松散层下开采地表移动特征,建立了厚松散层下开采地表移动预计的概率积分法修正模型,对厚松散层下开采地表移动预计及建筑物保护有一定指导意义.     

威布尔分布下沉方程的最佳形式及在地表移动计算中的应用

根据下沉几何要素理论导出了威布尔分布下沉方程的最佳形式(标准形式)为该表达式与其它各种形式相比有一系列优点。 用本文提供的方法进行地表移动计算的具体方法和步骤与概率(误差)积分法基本相同。其预计效果优于概率(误差)积分法。 本文研究表明,下沉几何要素理论不仅有一定的理论意义,而且有一定的实际意义。     

村庄下条带开采对地表建筑的影响预测及评价

为实现在村庄建筑物不搬迁的情况下安全采煤、提高资源采出率、缓解矿井生产接替紧张的矛盾,结合矿区具体的地质采矿条件及地表村庄建筑物的现状,给出了条带开采设计方案．根据万年矿已有的地表移动观测资料,该矿区地表沉陷规律基本符合概率积分法．通过理论分析计算,确定了概率积分法的预计参数,并对地表移动和变形进行了预计,根据预计结果对村庄建筑物损害程度进行了分析和评价．研究结果表明,万年矿村庄下压煤采用条带法开采技术上可行,经济上合理．     

基于灰色预测模型的概率积分法参数确定研究

运用灰色预测模型可以对矿山开采引起的地表下沉和水平移动的观测数据进行处理与分析,进而确定概率积分法参数.根据潞安矿区司马矿地表移动观测站的实测资料,通过建立灰色预测GM(1,1)模型,利用Matlab对观测数据进行插值处理,获得等间隔数据,求取了概率积分法参数,并进行了相关精度分析.在此基础上,将灰色系统预测方法与曲线拟合方法求取参数的结果进行了对比分析,指出了两种方法存在误差的影响因素.结果表明,运用灰色系统理论求取的概率积分法的参数可靠,体现了动态预测的特点.同时,提出可以通过实施定期等间隔的观测和加大对衰退期的观测次数等措施,提高概率积分法参数的精度.     

含水松散层固结对地表沉陷影响的数值分析

为了研究含水松散层固结对地表沉陷的影响,基于固结沉降量对预计参数确定的重要性,分析了影响含水层固结的因素,包括渗透系数、松散层厚度、采动程度和采煤方法.在分析现场实测资料的基础上,采用FLAC3D流-固耦合计算的方法,对覆岩内部位移场和渗流场进行了分析,研究了含水层固结压缩对地表沉降的影响.结果表明不考虑冲积层含水时,地面最大沉陷值为1220mm,考虑冲积层含水时,最大沉陷值为1306mm,下沉量增加86mm.地面沉陷盆地的外缘,沉陷量显著增加,增加量为160mm,最大沉降增加量为7%;走向方向和倾向方向松散层含水条件下均比不含水条件下水平移动量大,走向方向最大相差122 mm,倾向最大相差105 mm.     

基于MATLAB求取地表移动预计参数的方法研究

在分析求取地表移动预计参数常用方法存在的问题和拟合求参基本原理的基础上，提出了利用Matlab中的非线性最小二乘法拟合函数求取概率积分法预计参数的方法．根据观测站的实测资料和各个观测站具体地质采矿条件选择合适的预计函数，用此方法求取各个观测站的地表移动预计参数．结果表明，用该方法求取地表移动预计参数方便、准确．