岩移观测数据处理及曲面拟合参数求取研究

针对传统观测站布设和数据处理存在的问题,提出了任意方向水平移动量的计算方法;构建了矩形工作面开采曲面拟合下沉和水平移动函数模型;研究了垂向偏差系数对主要影响半径产生的影响;对比分析了曲面拟合和非线性曲线拟合所得的预计参数。结果表明,当垂向偏差系数小于某个固定值时,用平均开采深度代替走向主断面的开采深度引起的偏差不会超过10%,否则,就不能忽略其对主要影响半径造成的影响;与非线性曲线拟合相比,下山和上山方向的水平移动系数精度分别提高了6.3%和3.3%,主要影响角正切精度分别提高了3.6%和6.0%,开采影响传播角系数拟合精度提高了13.3%,且拟合结果不受工作面采动程度的限制。     

邻近采空区影响的地表沉陷概率积分参数反演

为了准确反演受到邻近采空区影响的地表沉陷预计参数,通过分析工作面开采后地表正常下沉规律与邻近采空区残余沉降量的预测方法,将邻近采空区等价成变采高的小工作面开采来进行概率积分法参数反演,提出了邻近采空区影响的地表沉陷概率积分法参数反演方法。利用该方法求取的概率积分参数预计得到的地表下沉曲线与实测曲线比较吻合,为邻近采空区影响的地表概率积分参数反演提供了可行方法。     

基于SBAS-InSAR的矿区全盆地开采沉陷求参方法研究

传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高,且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效,从而获得更高精度的概率积分预计参数,以内蒙古某矿区为例,先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据,获得2017年9月至2018年7月间的全矿区地表时序形变情况,再结合改进步长的果蝇优化算法实现地表全盆地3 723个点的共同求参。结果显示,工作面开采导致的地表最大沉降量为201 mm,与实测数据相比,其绝对误差的平均值为3.00 mm,相对误差的平均值为9%。研究结果表明:SBAS-InSAR技术与传统手段相比,对于监测矿区工作面开采引起的地表全盆地沉陷具有较大优势;此外,采用改进步长的果蝇优化算法能将全盆地开采沉陷结果用于概率积分预计参数的求取,得到一组效果良好的参数;获得的研究区域最优概率积分预计参数为:下沉系数q=0.33,主要影响角正切tan β=1.83,拐点偏移距s=0.045H(H为采深),开采影响传播角θ0=89°。研究成果为今后矿区地表的开采沉陷监测与概率积分预计参数确定提供了科学依据。     

基于Origin矿山开采沉陷数据拟合求参研究

为了求取开采沉陷预计参数,在分析传统求参所存在的问题和拟合求参基本原理的基础上,指出利用概率积分法沿走向和倾向主断面拟合实测数据更符合工程实际需要.基于Origin绘图和数据分析软件,针对概率积分法预计模型,采用Simpson数值积分开发了相应的应用程序,拟合算法采用Marquardt算法.通过实测数据的处理,完成了1124工作面的基于概率积分预计模型的数据拟合过程,得出了相应的预计参数.表明在松散层较厚时,下沉盆地的边缘拟合值与实测值偏差,较大,概率积分预计模型更适用于松散层较薄的地表移动和变形预计.     

基于遗传算法的厚冲积层地表移动参数反演与应用研究

针对东欢坨矿冲积层厚度变化较大的特点,以该矿厚冲积层条件下多煤层多工作面开采地表观测站实测数据为基础,基于遗传算法反演了矿区不同冲积层与基岩厚度比条件的地表移动概率积分参数。结果表明：测区内实测最大下沉值为10893mm,最大倾斜为62.3mm/m,最大曲率为1.69mm/m²;采用遗传算法解决了多工作面开采概率积分参数反演问题,并对反演下沉系数进行修正,当矿区冲积层与基岩厚度比H_s/H_j≤1时,下沉系数0.82,主要影响角正切1.81,拐点偏移系数0.04,开采影响传播角90°-0.4α;当矿区冲积层与基岩厚度比H_s/H_j>1时,下沉系数0.96,主要影响角正切2.05,拐点偏移系数0.03,开采影响传播角90°-0.3α;研究成果在西村采动影响的应用分析中效果良好,验证了该矿条件地表移动规律和参数正确性。     

三河尖煤矿深部开采沉陷规律实测研究

基于铁路沉陷观测站实测资料,求取了多个工作面的概率积分法预计参数,获得了深部开采沉陷规律,并针对深部开采单个工作面属于非充分采动的特点,对下沉系数进行了修正和综合分析,研究成果为矿区今后开采沉陷控制提供了科学依据。     

万利矿区浅埋煤层开采地表移动变形规律

为了研究万利矿区浅埋煤层的地表移动变形规律,在4个工作面上进行了地表移动观测站实测工作。通过对实测数据的分析,得出适合矿区的地表移动参数。概率积分法预计参数拟合结果表明:综放开采下沉系数比综采下沉系数大15%左右;综采开采拐点偏移距较综放开采大;主要影响角正切tanβ为走向小、倾向大,倾向较走向大40%左右。     

地质采矿条件对铁路路基沉陷预测影响研究

为保障郭庄煤矿铁路专用线的安全运营,从地质采矿条件的角度出发对工作面开采引起的铁路路基沉陷进行了稳态预计。首先,构建了地质采矿条件与概率积分预计参数之间的GA-BP神经网络模型,利用收集的地表移动观测站数据对其进行训练之后,从网络的误差分析、数据的拟合度、测试结果以及泛化性能4个方面对模型的精度及可靠度分别进行了检验,结果表明：网络的收敛速度较快,模型的平均相对误差小于3%,对数据的拟合程度大于0.8,泛化性能指数在0.8以上,模型预测精度较高,且具有良好的预测能力。其次,依据研究区各工作面的地质采矿条件参数,运用该模型对其开采沉陷的概率积分预计参数进行了求取,将S3-13工作面的开采沉陷预计结果与实测数据进行对比发现：两者的差值平方和为6.21×105,中误差为104.38 mm,为观测点最大下沉值的2.60%,预测结果精度较高,说明得到的概率积分预计参数具有一定的可靠性。最后,通过稳态预计得到了铁路路基的最终下沉等值线及下沉曲线,预计铁路沿线最大下沉值达4 261 mm,并且有2个路段会形成大于4 000 mm的下沉盆地,铁路将发生严重的变形破坏。研究成果可为后续工作面的开采以及铁...     

基于松散层厚影响的概率积分法开采沉陷预计模型

为提高厚松散层开采下概率积分法的预计地表沉陷精度,表明下沉盆地边缘收敛缓慢的问题,基于概率积分法理论提出了新的开采沉陷预计模型,该模型考虑了松散层厚度的影响,引入了松散层影响系数这一新参数。结合淮南潘北矿1212(3)工作面实例验证,研究结果表明:新预计模型比概率积分模型的预计精度高,拟合相对中误差由原来的8%减少到6%;松散层影响系数与主要影响半径呈正相关,两者之间大小关系明确。     

基于SSA-BP神经网络的概率积分法预计参数求取研究

为解决BP(Back-ProPagation,BP)神经网络求取概率积分法预计参数出现的局部最优解和收敛速度慢的问题,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algortihm,SSA)优化BP神经网络的结构,得到最优的权重值和偏置项,建立了基于SSA-BP神经网络的概率积分法预计参数求取模型。结合50组典型的实测数据,随机抽取45组数据输入SSA-BP神经网络模型进行训练,剩余数据输入训练好的模型求取概率积分法预计参数,并与实测数据对比,分析SSA-BP神经网络模型和BP神经网络模型的优劣;通过改变训练样本和测试样本的数量,讨论模型精度与训练样本数量的关系。研究表明:(1) SSA-BP神经网络模型预计下沉系数q、水平移动系数b、开采影响传播角θ、主要影响角正切值tanβ和拐点偏移距s/H的平均绝对百分比误差分别为1.33%、3.48%、0.49%、3.86%和9.33%,BP神经网络模型的相应取值分别为8.05%、7.34%、3.33%、9.82%和19.60%,可见前者求解精度更高。(2)两种模型求取的预计参数均与实测数据较接近,SSA-BP神经网络模型最大相对误差为21...     

指数曲线与双曲线拟合在软基沉降预测中的对比分析

简要介绍路基沉降预测方法。根据厦深客运专线福建段第2标段D1K62+780的沉降观测数据对该断面进行指数曲线和双曲线拟合,将实测数据与拟合数据对比分析,得出指数曲线在沉降预测中相对于双曲线更加准确的结论。此外,指数曲线和双曲线拟合法相对于其他的沉降预测方法都要简单,便于工程技术人员的运用。     

基于遗传BP神经网络模型的矿区开采沉陷预计

为解决常规方法监测矿区开采沉陷的可控性、可操作性差及精度低等问题,采用BP神经网络模型拟合矿区高程值对开采沉陷进行预计是一种有效方法。但传统BP神经网络模型为反向传播算法,在训练时需多次试算方可确定神经网络系统的连接权值和阈值,具有易陷入局部最小值、收敛慢等不足。为此,采用遗传算法（Genetic algorithm,GA）对BP神经网络模型参数进行优化以提高其泛化能力,构建了遗传BP神经网络模型（GA-BP）。以某矿区首采工作面地表25个已进行了三等水准联测的高程监测点数据作为遗传BP神经网络模型（GA-BP）的训练样本（15个监测点数据）和测试样本（其余10个监测点数据）,分别采用BP神经网络模型、二次曲面拟合等方法与其进行试验对比,结果显示：遗传BP神经网络模型（GA-BP）具有更高的内、外符合精度及更小的残差,表明该方法有助于实现对矿区开采沉陷的高精度预计。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

煤岩破裂过程表面电位云图软件开发及应用

针对克里金插值法中理论变异函数拟合精度不稳定及缺乏专用电位云图软件问题,提出了计算理论变异函数模型参数的自动-人工拟合方法,并利用MATLAB开发了煤岩破裂过程表面电位云图软件。对预制45°裂纹岩样进行了单轴压缩实验,利用该软件绘制了岩样变形破裂过程中的表面电位云图,分析了表面电位分布与试样破裂状态的对应关系。研究表明:自动-人工拟合法计算过程稳定,有效提高了克里金插值法的精度;基于开发的电位云图软件绘制的电位云图能够真实反映煤岩体的表面电位分布及变化;岩样表面电位云图可以反映裂纹的扩展方向及岩样破裂状态;在岩样弹性变形阶段后期,表面电位云图反映了岩样裂纹扩展的前兆信息。     

曲线拟合与插值模型在矿区变形预测中的应用

本文针对某矿井下开采地表移动变形数据,运用MATLAB编程技术分别建立了地表变形三次样条插值模型与最小二乘曲线拟合模型,并对两种模型的预测精度进行了比较分析,由实测数据通过计算得出结果。结果表明,这两种模型在相对平稳的变形中基本都能满足变形预测的要求,三次样条插值模型的预测精度要比最小二乘曲线拟合模型高,其中在选定的三种最小二乘曲线拟合模型中,四次曲线拟合模型的预测精度最高。     

多项式曲面拟合模型的优化

以多项式曲面拟合的数学模型为出发点,通过回归分析与预测估计对比分析,将数理统计中对回归模型进行相关显著性检验的方法引入到GPS水准测量数据处理的多项式曲面拟合中.同时,通过模型优化,实现了一种能够利用较少观测量进行较高精度拟合计算的方法.     

基于EGM2008重力场模型的地质高程拟合研究

为了解决GPS大地高不能直接应用于工程实践的问题，快速而准确地实现大地高向正常高的转换，采用EGM2008重力场模型对地质高程拟合进行了研究。根据重力场的计算流程以及移去恢复法原理，选取丘陵和平原研究区的数据进行拟合试验，研究分别采用了移动曲面拟合法以及二次曲面拟合法进行了拟合；结合EGM2008重力场模型进行分析对比。研究得出:加入重力场后，基于EGM2008模型的拟合精度得到很大的提高，基于重力场的移动曲面法的精度比基于重力场的二次曲面法的精度高，拟合精度满足工程测量的要求，该方法提高了工作效率，具有很高的应用价值。     

倾角50°左右煤层开采沉陷预计模型选择研究

为能够更准确地预计倾角50°左右煤层开采引起的地表沉陷,通过相似材料实验获取大量的实验数据,实验数据处理后得到地表静态下沉和水平移动曲线。分别基于概率积分法和皮尔森Ⅲ型函数法预计模型拟合地表静态下沉和水平移动曲线,分析拟合的参数、误差相关性以及中误差的情况,对比得出皮尔森Ⅲ型函数法更适合于倾角50°左右煤层开采沉陷预计。     

改进的概率积分函数模型及曲线拟合求参研究

为了克服利用概率积分函数进行曲线拟合求取沉陷参数时需对坐标原点进行假定的缺点,在概率积分函数中引入坐标原点修正参数,实现坐标原点自动搜索,使所求的沉陷参数进一步优化。利用MATLAB软件的曲线拟合工具箱,建立自定义非线性函数模型。通过对31071工作面的地表移动实测数据的曲线拟合,得出了相应的沉陷参数,印证了该方法的可行性,同时指出对于坐标起算点不能确定的其他预计函数同样可以利用增加坐标修正参数予以改进。     

急倾斜煤层开采地表下沉预计修正模型

为了研究概率积分法对于急倾斜煤层开采沉陷预计的适宜性问题,采用了相似材料模型模拟的研究方法,通过Matlab非线性最小二乘拟合法,发现拟合求取的部分地表移动参数不符其原来的物理意义。鉴于此,提出了基于概率积分法的地表下沉预计修正模型,分析了该模型的修正效果,求出了其修正参数。研究结果表明：当煤层倾角50～70°时,该模型下沉拟合精度达到2%以下,并得到了其修正参数与煤层倾角之间的表达式;当煤层倾角大于70°时,该模型不适用。