多煤层开采沉陷动态预计分析

为探索多煤层开采沉陷动态预计规律,通过对开采沉陷动态预计基本理论的分析,基于Knothe时间函数设计了时间影响参数c的算法,编制了开采沉陷动态预计软件,以济阳煤矿首采区为工程背景,应用该预计软件进行了沉陷动态预计。预计结果与实测数据对比精度可以接受,证实了所建立的Knothe时间函数求参模型的实用性和可靠性。     

基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型研究

煤矿开采造成地表下沉,在下沉过程中,地表点的w-t曲线近似呈倒S型;根据Knothe时间函数,提出了基于Boltzmann函数的地表动态下沉模型,分析了模型参数应满足的条件,并结合现场实测数据分析了利用该模型进行动态下沉预计的可行性;在采用预测值与实测地表下沉值误差较小的B30点进行拟合求参时,得到模型参数分别为a=0.99,b=-136.4,c=6.803,d=371.4,相关系数为0.99,相关程度较高,能正确反映地表动态下沉的过程,表明该模型具有一定的适用性。     

开采沉陷动态预测模型

为了准确预测地下开采引起的地表沉陷,针对Knothe时间函数模型的不足,借鉴岩石流变力学中非定常流变模型的建模思路,假定Knothe时间函数中的时间影响系数不是固定不变的常量,而是与时间有关的变量,从而对Knothe时间函数模型进行了改进。在此基础上,提出了一种新的地表下沉盆地模型,并将该模型与改进的Knothe时间函数模型相结合,建立了一种新的开采沉陷动态预测模型。利用实测资料对模型的合理性进行了验证,结果表明：该模型能够描述开采沉陷随时间的动态发育过程,且预测曲线和实测数据吻合良好,说明模型具有一定的适用性。     

基于抗差估计的概率积分法的预计参数模型研究

针对利用实测数据求取概率积分法预计参数时,受异值或粗差影响使参数严重偏离真值,预测结果失真的问题,建立了抗差估计的概率积分法求参模型。利用谢一矿矿区开采沉陷实测资料进行人工异值干扰求参实验,结果表明,该方法抑制了异值或粗差对求参结果的影响,保证了求参结果的真实性和可靠性。     

开采沉陷动态下沉模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在描述动态下沉过程中下沉速度的不足,采用改进的双参数Knothe时间函数建立动态下沉模型,其中的覆岩岩性决定系数c及幂指数k值采用最小二乘法求解,最大下沉值W0通过地表移动观测站实测资料确定。采用拟合决定系数R2评定精度,以淮南某矿1242（1）工作面地表移动观测站实测资料进行模型精度验证,最大下沉点MS29和ML44在各个观测时期的拟合决定系数分别为0.983 6和0.975 7,工作面推进过半时（328 d）倾向和走向观测线上各监测点观测值与预计值的拟合决定系数分别0.995 3和0.958 2,计算结果表明双参数Knothe时间函数模型动态预计1242（1）工作面开采沉陷全过程精度可靠。     

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。     

优化分段Knothe时间函数求参方法

针对优化分段Knothe时间函数的参数求取问题,给出了2种求参方法:① 以本矿区,或地质、采矿条件相似矿区的地表监测资料为基础,提出了“反算时间函数对比求参法”,给出了详细的参数求取流程,该法直观、易操作,且具有通用性,可用于其他时间函数的参数求取;② 以采空区达到充分采动尺寸时的地表沉陷规律,及相应概率积分参数为基础,推导了时间参数的“直接计算法”公式,该方法参数意义明确,求参过程简便,能直接应用于编程计算。预计实践表明,采用本文方法求参,动态预测最大相对误差可控制在9%以内,随着开采时间的增加,动态预测精度将会逐渐提高,最终维持在5%左右;根据统计,地表最大下沉值预测相对误差则可维持在6%左右。应用实践证明了论文所给出的求参方法的实用性与可靠性。     

基于Bertalanffy时间函数的地表动态沉陷预测模型

常规地表沉陷预计是对工作面回采结束、地表沉陷稳定后最终的静态移动变形预计;当涉及建(构)筑物下保护性开采与地面建(构)筑物加固及动态纠偏治理时,需要掌握该地质采矿条件下的地表动态移动变形规律,同时能够解决区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。首先对常见Knothe,Logistic,Weibull、分段Knothe、幂函数-Knothe与双曲线等时间函数的曲线形态、各时间段的地表动态下沉、下沉速度与下沉加速度进行了优缺点和适用性分析;其次基于东坡煤矿地表移动变形实测数据,针对特厚煤层综放开采条件下地表移动变形的特殊性,引入Bertalanffy时间函数,并基于此函数改进Bertalanffy三参时间函数;分析了各参数对改进Bertalanffy三参时间函数的影响规律,研究了各参数的物理意义以及与地质采矿条件的内在联系规律;最后将该函数用于平朔井工一矿特厚煤层综放开采条件下的地表动态下沉预计,并进行了拟合优度分析和现场应用效果检验。结果表明:基于改进Bertalanffy三参时间函数的各参数物理意义与地质采矿条件具有内在联系;该地表动态沉陷预计模型可塑性强、有着较好地预测精度和应用广...     

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。     

开采沉陷动态预计的正态分布时间函数模型研究

使用常用的Knothe时间函数进行煤炭开采所引起的地表动态下沉预计时,其反映的地表下沉速度和下沉加速度与地表实际下沉规律不相符,基于此,可引入一种新的时间函数—正态分布时间函数,对该时间函数值的变化范围和变化规律进行了详细对比,给出了正态分布时间函数用于地表动态预计时参数的确定方法,并利用该时间函数对某矿区地表下沉实测数据进行了对比预测。研究表明:正态分布时间函数的下沉速度和下沉加速度与地表动态下沉规律是相吻合的;当进行不同精度的动态预计时,合理选择函数的形态参数非常重要;在某些矿区,利用正态分布时间函数进行动态预计比使用双参数Knothe时间函数进行预计更符合地表移动的变化规律,预计结果也更为可靠。     

修正的Knothe沉陷预计模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在动态预计过程中点位下沉速度的不足,提出了1种新的动态下沉模型——三参数Knothe时间函数,模型中增加了初始沉降速度参数b1、时间幂指参数b2和曲线形态参数b3,参数求解采用粒子群优化(PSO)算法。经实测数据验证,基于改进的三参数Knothe时间函数动态预计模型能够真实的反映地表下沉的动态过程,走向线在各个观测时期,实测值与预计值最大误差为5.02 cm,最小误差为0.1 mm,平均误差为1.19 cm,精度非常可靠并且满足开采工作需要。     

采动地表动态下沉的时间函数模型研究

煤矿开采引起的地表变形是一个复杂的时间与空间过程。当设计开采方案与保护地面建筑物时需全面掌握地表下沉动态过程。虽然以往提出了大量的地表下沉时间函数模型,但每个模型均有其适用范围,因地制宜地建立地表下沉时间函数模型尤为重要。为了准确预测7226工作面开采地表下沉的动态过程,分析了Knothe时间函数模型的适用性。基于实测地表动态下沉特征,提出了一种新的Knothe-n时间函数,结果表明,Knothe-n时间函数能够准确预测地表动态下沉,且具有较广的应用范围。     

开采沉陷动态精准预计的时效Knothe函数方法研究

针对当前开采沉陷动态预计不精准问题,综合利用实测分析和理论研究方法,提出了基于时效Knothe函数的开采沉陷动态精准预计方法,主要取得如下成果：①Knothe时间函数的参数C值在开采过程中呈现近似正态分布,采动结束后C值呈负指数衰减直至趋于定值;②预测时效Knothe函数C值的实验结果表明：就整体性预测而言,AR模型的整体性最好,传统的GM（1,1）模型误差较大,3次指数平滑法的预测结果出现粗差;就单期预测而言,传统的GM（1,1）模型和AR模型对C值的预测存在不稳定性,3次指数平滑法各期预测值误差均小,较稳定。研究成果对研究开采沉陷动态精准预计具有参考意义。     

山区地表移动预计修正模型及其参数求取方法

为了克服山区开采地表沉陷预计模型中的滑移影响函数以及求参模型的缺点,建立了山区开采地表移动变形预计修正模型,即新的滑移影响函数仍沿用原有参数A,P,t形式,但各参数的取值和物理意义存在差异。依据修正模型,以实测下沉值、水平移动值分别与模型预计值之差平方和最小为原则构建适应度函数,基于遗传算法原理进一步提出了山区地表沉陷预计模型求参新方法。最后将提出的山区沉陷预计修正模型和求参方法用于山西某矿工作面开采地表移动,取得了良好的工程实践效果。     

顾及数据新鲜度函数Knothe的开采沉陷最优组合预测模型及应用

针对传统组合预测模型对开采沉陷动态预测适应性差、组合权求解未顾及实测数据新鲜度的影响且求解效率低的缺点,通过实测分析和理论建模方式,研究了顾及数据新鲜度的开采沉陷组合预测模型,依据稳定性好、预测精度高、互补性好原则,该组合模型选取了GM(1,1)、三次指数平滑法、AR三元单体模型,引入顾及开采沉陷数据新鲜度的Knothe函数,基于误差平方和最小准则,构建了顾及数据新鲜度函数Knothe的开采沉陷最优组合预测模型,并提出了模型组合权求解的GA-NP算法(遗传算法-非线性规划算法)。工程应用表明,建立的新鲜度最优组合预测比未顾及观测值新鲜度的最优组合预测模型、方差倒数法组合预测模型、等权组合预测模型以及各单一预测模型,在精度、可靠性方面具有明显的优势。     

与位置有关正态时间函数模型构建及参数

动态预计为煤炭开采过程中工作面上方的建构筑物保护提供依据,时间函数作为动态预计的核心尤为重要。传统时间函数研究对象为单点,对开采过程中时间参数随位置变化规律研究不足。基于正态分布时间函数具有较好的时空完备性,通过引入超前影响距L₁和最大下沉速度滞后距L₂,在优化后的正态时间函数基础上建立了与位置x有关的时间函数模型并给出了参数开始移动时间t_p和移动持续时间t_c的计算公式。结合某工作面走向点实测数据,运用最小二乘拟合法探究了形态参数c随位置x的变化规律,并选取不同地质条件下的工作面验证规律可靠性。研究结果表明:形态参数c在模型范围内分为两段,第1段表现为减函数,第2段为稳定值,分界点为超前影响距与充分采动距之和。拟合参数代入模型后,将观测点预测值与实测值比较,预测相对中误差保持在5%～9%;在较软弱地质条件下的另一工作面,预测相对中误差保持在1%～5%。正态时间函数单点精度优于或等于传统的Knothe时间函数、双参数Knothe时间函数、Logistic函数,且模型整体精度稳定,精度能够满足实际预测需...     

地表沉陷动态时间函数模型的研究

地下资源开采引起地表位移的问题比较复杂,采用2种方法构建了动态预计函数模型,并用山西省阳泉市上社煤矿82041西工作面的实测数据进行了验证,得出结论:Knothe模型有其局限性,第2种动态函数模型能够反映地表2种移动3种变形动态特征,可以更加准确地预计出动态下沉、动态水平移动及动态变形值,同时能够理想地表达出地表下沉速度和地表下沉加速度的变化规律,对指导生产实践具有重要的现实意义。     

基于Knothe模型的山区开采地表动态下沉预计方法

随着地下煤层的开采,其上覆岩层在重力作用下将产生变形、移动和破坏,岩层内部所产生的移动变形也逐渐传递至地表,引起地表的移动变形。山西大部分可采煤层均位于山区,因此对山区开采沉陷的动态预计研究是必要的,以Knothe时间函数为基础,结合山区滑移影响函数,建立了基于Knothe时间函数的山区开采沉陷的动态预计公式,可预计地表某一点在某一时刻的动态下沉值,并采用山西某矿区的实测地表移动观测资料进行验证。结果表明:预计与实测下沉曲线具有较好的一致性。     

基于优化时间函数的走向主断面动态预计模型与算法

针对现有开采沉陷动态预计精度较低的问题,为了提高预计精度,使动态预计成果能够真正在指导矿区生产及采空区土地利用中发挥重要作用,笔者提出以静态预计概率积分模型为基础,采用优化后的分段Knothe时间函数,构建了走向主断面动态沉陷预计理论模型并设计了相应的计算机编程算法,该模型时间函数各参数意义明确,求取方便,不需借助其他监测数据。具体包括:研究确定了在任意给定的预计时刻各动态开采单元时间函数值的计算方法;结合各单元时间函数值,推导了不同开采速度下地表动态移动变形计算公式;给出了时间函数及地表移动的计算步骤和编程算法。采用笔者提出的模型及算法编制了预计程序,并将其应用到预计实践中。结果表明:当给定的预计时间足够长,动态下沉预计与静态预计结果相一致,并且在拐点偏移距处所对应的倾斜值达到了理论最大值,这与理论揭示完全吻合,这表明,采用该模型同样可以进行地表移动稳定后的静态预计,由于算法的差异,相比而言则需要花费更多的时间,但实现了动静态预计一体化的计算设想;另外,通过对官地煤矿29401工作面开采进行动态预计,并抽样对比、统计预计结果和实测数据,得出其走向主断面上点的动态预计相对精度在6%以内...     

工作面煤厚及宽度对坑透综合曲线图的影响

坑透综合曲线图是分析工作面内地质异常的基本图件,用于分析地质异常范围边界及地质异常的性质。结合淮南矿业集团的5个综采工作面具体情况,对工作面煤厚及宽度变化对坑透综合曲线图的影响进行了分析研究。结果表明:1工作面煤厚影响坑透实测场强接收值的大小。煤厚越大,实测场强值越高;煤厚越小,实测场强值越低。2工作面宽度影响坑透实测曲线及理论场强曲线的弧度。工作面宽度越小,其曲线弧度越大,表现为中间高、两侧低;工作面宽度越大,其曲线弧度越小,实测场强曲线往往近似于水平线或水平锯齿状线。3场强差值曲线近似于零值水平线,其形态不受煤厚及面宽变化影响。