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     

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。     

MSDFVS系统在开采沉陷预测中的应用

为准确预计煤矿回采工作面的开采沉陷值,合理布置采区,减小由地下煤炭开采引起的地表移动破坏,对基于MapInfo的MSDFVS(矿区地表变形预测预计与可视化系统)在预计原理、预计模型编程、算法方面做了详细介绍。通过实例验证了该系统的正确性及合理性,结果表明,该系统不仅实现了单个工作面、多个工作面的静态和动态沉陷预计,还实现了预计结果的二维、三维以及动态可视化,其预计结果更是在地表沉陷预测及控制、"三下"采煤等方面具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

江西盘古山钨矿区开采沉陷预计的GA-SVA算法

传统矿山开采沉陷监测方法存在耗时较多且精度不高等不足,且难以对矿区开采沉陷发展趋势进行准确预计。以江西盘古山钨矿区为例,将遗传算法(Genetic algorithm,GA)与支持向量机(Support vector machine,SVM)算法相结合,提出了一种基于GA-SVM算法的开采沉陷预计方法。首先利用遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)进行选择、变异和交叉,生成精度符合要求的数据集群;然后采用GA-SVM算法对概率积分法开采沉陷预计参数进行了训练,对矿区开采沉陷进行了预计。研究表明:基于GA-SVA算法的开采沉陷预计值与实测值的误差小于5%,基于该算法的预计值构建的矿区数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与基于实测数据构建的数字高程模型(DEM)具有高度的一致性,表明利用所提算法预计矿山开采沉陷具有较高的精度。     

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。     

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。     

矿区开采沉陷预计的改进BP神经网络模型

为精确预计锦界矿某工作面开采沉陷,首先结合该工作面的地质资料、采掘工作平面图及孔柱状图,采用FLAC3D软件建立了该工作面开采沉陷仿真模型,得到工作面推进100、300、500、700 m时的开采沉陷数据;其次基于该类数据对BP神经网络预计模型进行训练和验证,建立沉陷数据与工作面推进距离的非线性关联;然后用粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)对BP神经网络模型的结构参数和连接权值阈值进行优化,并引入遗传算法(Genetic algorithm,GA)中的自适应变异因子以一定概率初始化部分变量,以解决PSO算法易陷入局部最优解的问题,避免BP神经网络模型易陷入局部最小值、训练收敛速率低以及PSO算法易早熟收敛等问题。分别采用BP神经网络模型、PSO-BP神经网络模型以及所提模型进行试验对比,并引入偏差平方和(Sum of squares for total,SST)对各模型的预计精度进行评价,研究表明:在工作面分别推进100,300,500 m的情况下,BP神经网络模型的SST值分别为0.056,0.062,0.066,PSO-BP神经网络模型的SST值分别为0.049,0.054,0.048,所提模型的SST值分别为0.028,0.026,0.031,明显小于前两者,表明该模型有助于提高矿区开采沉陷预计精度,有一定的实用价值。     

综合应用VB和VBA语言的开采沉陷预计及治理系统开发

矿区沉陷预计和采空区综合治理是开采沉陷研究的重要内容。现有的开采沉陷预计软件程序功能单一,数据综合处理能力较低,为此,综合应用采用VB(Visual basic)、VBA(Visual basic for application)语言,并结合SUFER、EXCEL和CAD软件,开发了融合地表移动观测站设计、资料整理、数据提取、拟合计算、残余变形预计以及塌陷区综合治理等功能为一体的软件系统。首先通过加载VBA程序提高观测站设计的自动化程度,增加了程序的可移植性;其次调用MATLAB拟合程序实现对概率积分法预计参数的精确求取,并利用求取的概率积分法预计参数以及采矿地质资料进行开采沉陷预计;然后通过调用SUFER、CAD软件程序实现开采沉陷预计的可视化。系统理论和实例分析表明,该系统一体化的设计提高了观测数据的处理效率,有助于提高开采沉陷预计的针对性和精确性,此外,该系统特别增加了适用于条带式、充填式采煤法的矿区地表沉陷预计模块,可为"三下"采煤方案优化设计、矿区生态环境保护以及矿区土地复垦等提供科学依据,为实现绿色开采提供参考。     

开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统

针对矿山开采沉陷地表移动变形数据处理量大、预计参数求取不稳定等不足,在借鉴和总结不同计算机语言开发系统优缺点的基础上,利用C#编程语言,结合Word和CAD开发出开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统。该系统集成了数据管理、移动变形计算、输出报表以及契合CAD的移动变形曲线绘制功能,并构建了基于人工鱼群算法(Artificial Fish School Algorithm,AFSA)的Logistic单点沉陷预测模型。将该系统应用于顾桥矿1414(1)工作面,试验结果表明：①系统兼容性强、操作简便,提高了开采沉陷地表移动变形数据处理的准确性和效率,可将下沉、斜率、曲率、水平移动、水平变形曲线和相应的煤层按一定的比例在CAD软件上成图,便于从图中求取地表移动盆地各角量、距离参数以及任意点的对应值,克服了传统方法只能查看、无法定量分析的不足;②结合实测下沉数据,将基于AFSA的Logistic单点预测沉陷模型进行了应用,选取的2点绝对误差最大值分别为143.6 mm、132 mm,拟合中误差分别为65.6 mm、55.8 mm,求取参数的拟合效果符合工程应用要求。     

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。     

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 %。     

矿区开采沉陷预计的Geomagic法

利用三维激光扫描技术监测矿区开采沉陷,效率较高,但观测点云数量大、处理困难,目前缺乏成熟的软件进行矿区点云数据分析。为有效处理沉陷区的点云数据并实现沉陷区3D比较、剖面分析和开采沉陷预计参数求取,提出了一种矿区开采沉陷预计的Geomagic法。以某矿为例,首先利用Geomagic Studio软件建立了矿区数字地面模型(Digital terrain model,DTM);其次研究了开采沉陷发生前后的矿区数字地面模型3D对比方法,利用Geomagic Qualify软件分析得到沉陷区地表下沉三维视图;然后对地表下沉三维视图进行了剖面分析,提取走向方向与倾向方向的剖面点下沉值;最后利用剖面点下沉值求取了开采沉陷预计参数,并计算了剖面点的下沉预计值,将下沉预计值与提取的下沉值进行了对比分析,可知下沉拟合准确度达到92%,表明计算出的开采沉陷预计参数具有较高的精度,对于进一步推动三维激光扫描技术在矿区开采沉陷监测预计方面的应用有一定的参考价值。     

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。