基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

不规则工作面沉陷预计三角剖分算法研究

为解决已有不规则工作面沉陷预计方法的不足,对不规则工作面积分区间的三角剖分方法进行了研究,推导了不规则工作面二重积分过程中各三角形积分域上下限的确定公式;顾及到不同三角形形状及坐标系的相互转换,设计了不规则工作面的三角剖分算法;基于该算法,利用MATLAB软件开发了预计程序,该程序可对缓倾斜任意工作面开采进行地表沉陷预计,可对预测结果进行直接处理而不必采用第三方辅助软件,并且实现了预测数据的实时可视化。     

基于三角形剖分算法的开采沉陷预计系统设计

矿区沉陷预计是开采沉陷研究的重要内容,现有的开采沉陷预计软件多以矩形剖分为基础,存在对凹多边形工作面适应性差、预计结果准确性低等问题。为此,首先采用VB编程语言,基于三角形剖分模型,以改正后的角点坐标为基础,将开采工作面划分为多个独立的三角形;然后运用概率积分法,采用二重变步长辛卜生算法计算每个三角形区域开采引起的移动变形值;最后将三角形单元预计结果进行叠加,实现多个开采工作面地表沉陷的高精度预计及预计结果的可视化输出。试验结果表明：①基于三角形剖分算法的开采沉陷预计克服了矩形剖分预计中的工作面处理难度大、等效剖分等缺点,在满足工程需要的同时,简化了数据处理流程,预计结果的准确性及可靠性得到了进一步提高。②基于三角形分割模型开发的开采沉陷预计反演一体化系统具有良好的稳定性及实用性,可为“三下”采煤方案优化设计、矿区生态环境保护、矿区土地复垦等提供科学依据,为更好地实现绿色开采服务。     

基于改进果蝇算法的概率积分法预计参数反演

由于概率积分法函数模型的非线性表现形式以及各参数之间的相关性,概率积分法开采沉陷预计参数反演时存在计算复杂、易发散、容易陷入局部最优解等问题。利用参数设置少、计算效率高、算法实现容易、全局寻优能力强且精度较高的果蝇算法进行基于概率积分法的开采沉陷预计参数反演,并对算法进行改进。以实测下沉值为参照,将预计结果与实测值相比较,结果表明,改进的果蝇算法对概率积分法的开采沉陷预计参数反演具有适用性,对于用概率积分法进行开采沉陷预计的精度的提高有一定的积极作用。     

任意形状工作面开采沉陷预计系统开发

针对现有开采沉陷预计软件只能预计规则工作面的缺陷,基于概率积分法理论,利用VB和Surfer软件进行混合编程,开发了任意形状工作面开采沉陷预计系统。该系统对积分区域进行两次三角形划分解决了预计计算模型的复杂定积分问题,从而实现了任意形状工作面、任意剖面以及整个矿区开采地表移动变形的可视化预计。预计结果符合实际情况,有利于优化开采方案,可为"三下"采煤提供相应的技术服务。     

利用果蝇算法反演概率积分法开采沉陷预计参数

针对概率积分法开采沉陷预计参数反演时存在算法复杂、计算量大等问题,将具有算法简单、计算量小、精度高等特点的果蝇算法引入到概率积分法开采沉陷预计参数反演中,研究了利用果蝇算法反演概率积分法开采沉陷预计参数的基本原理,构造了下沉拟合值与实测值均方差最小的适应度函数模型。结合安徽省某煤矿的实测数据,分别采用果蝇算法、遗传算法以及粒子群算法反演概率积分法开采沉陷预计参数,并以下沉拟合值与实测值的均方差为各算法反演精度的评价标准进行对比分析,结果表明：利用果蝇算法反演出的下沉拟合值与实测值的均方差（33.7 mm）以及相对中误差（1.4%）均小于同类条件下遗传算法、粒子群算法的反演结果,说明果蝇算法适用于反演概率积分法开采沉陷预计参数,对于提高概率积分法开采沉陷预计的精度有一定的参考价值。     

任意形状工作面沉陷预计计算方法

为弥补现有任意形状工作面沉陷预计计算方法存在的不足,更加准确地预计煤炭开采引起的地表移动和变形,基于概率积分法理论,将工作面按照角点划分为若干梯形,再利用变步长Simpson二重积分法在各梯形区域按预计公式进行积分计算,最后将各梯形单元产生的影响进行叠加处理,实现了任意形状工作面的沉陷预计计算。另外,通过研究拐点偏移距对工作面位置的影响,探讨了任意形状工作面实际计算边界角点坐标的解算方法。在此基础上设计、开发了开采沉陷预计程序,实现了地表移动变形预计、预计结果分析及可视化输出。以某矿区实际开采工作面为例,对计算方法及预计程序进行了验证。结果表明：程序设计合理,预计结果准确可靠,符合实际情况,能够满足大范围沉陷预计的需要,可为“三下”采煤、土地复垦规划提供必要的技术支持。     

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。     

基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用

通过对以往开采沉陷的预计算法进行分析,采用下沉等影响原理建立沉陷预计的模型,设计适用于任意形状工作面的开采沉陷预计程序。该程序采用C#语言编写,进一步优化了工作面各角点坐标和最终计算结果的处理,并通过对计算区域采用三角形划分法的对比得知本模型可以进一步消除倾斜煤层在开采下沉计算中由采深的变化所带来的误差,为倾斜煤层的预计提供了更为准确的计算方法。     

多工作面开采地表沉陷动态预测系统研究

将工作面沿走向划分为若干个开采单元,地表动态移动变形值等于这若干个开采单元单独动态移动变形值的叠加;以Knothe时间函数和概率积分法为基础,建立了多工作面开采地表移动变形预计模型;研究了动态预计模型中单元格的划分方法以及不同坐标系之间的转换关系;设计了多工作面开采地表移动动态预计的算法步骤;通过对比分析预测结果和实测数据,以及展示某矿多工作面开采地表沉陷的预测效果,证实了该算法的可行性和实用性。     

红旗铁矿改进Knothe时间函数开采沉陷预计模型

针对Knothe时间函数模型对开采沉陷过程的预计结果与沉陷实际发生过程不完全符合的问题,分析了该模型的缺陷,提出了改进的Knothe时间函数开采沉陷预计模型。结合河北省武安市红旗铁矿6300综放工作面地表沉陷实测数据,构建了改进的Knothe时间函数开采沉陷预计模型,并进行了模型精度分析。研究表明:经过累计387 d观测,改进的Knothe时间函数开采沉陷预计模型的预计值与实测值的误差为0.2~73.6 mm,平均误差为35.2 mm,优于BP神经网络模型(误差为8.1~143 mm,平均为49.9 mm)、SVM模型(误差为0.7~105.1 mm,平均为35.8 mm)以及概率积分法模型(误差为18.2~180.5 mm,平均为102.6 mm),对于高精度预计该矿开采沉陷具有一定的作用。     

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。     

不规则工作面开采地表沉陷线积分预计方法

沉陷预计方法对于预判煤层开采诱发的负面影响十分重要。概率积分法是开采沉陷预计的重要方法,但对于不规则工作面开采,其预计精度有待提高。本文针对这一问题,利用格林公式(Green formula)对概率积分法公式进行积分转换,将对工作面的积分转换为对采区边界的线积分;将边界简化分割为多条直线段,分别对各直线段作积分计算;通过叠加计算完成地表任意点及地表沉陷盆地移动变形预计;最后基于某实例进行了应用研究,验证了本文方法的有效性,相比概率积分法,本文提出的线积分法预计精度提高了23 %。     

基于Matlab的概率积分法开采沉陷预计参数解算

通过在开采工作面地表建立观测站获取地表变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,从而预计工作面周边或相似开采条件下工作面的开采沉陷并评估和指导开采作业,其前提是精确获取概率积分法开采沉陷预计参数。为此,基于Matlab软件,采用最小二乘法拟合观测点变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,并结合Matlab软件绘图工具开发了集数据载入、坐标转换、参数解算、结果输出、开采沉陷预计及反演为一体的可视化开采沉陷预计系统。以淮南谢桥煤矿11316工作面为例,根据地表移动观测点位移数据解算开采沉陷预计参数并与实测值进行对比分析,结果表明,该系统解算出的开采沉陷预计参数符合两淮矿区开采沉陷的基本规律,反演结果与实测值基本吻合,该系统对于实现矿区开采沉陷高精度预计和反演具有一定的参考价值。     

基于D-InSAR与概率积分法的开采沉陷监测与预计

为掌握采动区附近高等级公路的变形趋势,针对传统开采沉陷监测方法存在诸多缺陷的问题,将合成孔径雷达技术(D-InSAR)与概率积分法相结合,提出了一种矿山开采沉陷监测与预计方法。该方法首先利用D-InSAR技术对兖州某矿9308工作面进行了监测和分析,并将监测结果与路面水准测量数据进行了对比,然后基于D-InSAR的监测值,求取了9308工作面非充分采动下的概率积分法预计参数,再根据三下采煤规程对参数进行修正得到工作面全采时的预计参数,最后利用修正后的参数预计出工作面全采对附近高等级公路的影响程度。结果表明D-InSAR技术高精度的优势可以为开采沉陷预计提供可靠的监测数据,该方法可以为实现矿山开采沉陷监测与预计一体化提供有力支持。     

基于SBAS-InSAR的大采深条带开采地表沉降监测与特征分析

矿区地下开采造成地表不同程度的沉降,引发安全隐患,InSAR技术是地表变形监测 的重要手段之一。项目利用31景Sentinel-1A影像,基于SBAS-InSAR技术,通过去除地形误差、轨 道误差及大气延迟误差等,获得下沉盆地年平均沉降速率达到61 mm/a,最大沉降127 mm,整体呈 现下沉趋势,不均匀沉降较为明显,局部区域沉降量持续增大。统计下沉盆地沉降面积发现,沉 降量大于100 mm的沉降面积达到0.32 km2,累计沉降面积达到4.33 km2,沉降面积呈现逐渐增加 的趋势;将SBAS-InSAR结果与水准数据对比分析,均误差为2.9 mm,两者结果基本吻合。从SBAS 结果提取研究区下沉盆地的剖面时序沉降信息并做高斯曲线拟合,曲线形态与开采沉陷概率积分 法特征一致。研究表明：基于SBAS-InSAR在大采深条带开采矿区地表变形监测中是可行的,受条 带工作面开采的影响,引发相邻老采空区持续发生沉降,地表变形较小,地表移动范围大, SBAS-InSAR可以有效得到全盆地、全要素地表变形信息,为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参 考。