开采沉陷预计参数的广适应性BP神经网络反演方法（增刊）

基于实测资料的概率积分法下沉预计能够准确描述开采引起的地表下沉变化,广泛应用于全国各大采区。为了获取准确可靠的开采沉陷概率积分法预计参数,本文以概率积分法沉陷预计为基础,利用BP人工神经网络反演求取预计参数。BP人工神经网络具良好的鲁棒性和非线性映射能力,在参数选取过程中能快速准确的确定预计参数与观测站点实测下沉量之间的映射关系,能准确反演得到实测下沉预计参数。根据地表实测数据,将概率积分法下沉预计与BP人工神经网络相结合,建立了适用于多种地质采矿条件的沉陷预计参数反演模型,并对阳泉某矿进行参数反演,得到结果与实测数据基本吻合,表明应用广适应性BP神经网络方法反演开采沉陷预计参数是可行的。     

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。     

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。     

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。     

基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法

为了进一步提高求取开采沉陷预计参数的精度,开展了基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法研究。系统地阐述了概率积分模型和Boltzmann函数预计模型预计原理,然后基于变权组合理论,构建了变权PB组合预计模型,该模型属于高度非线性模型,耦合烟花算法,提出了基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法。模拟试验结果表明,反演全部参数的平均相对误差约为4.0%,参数中误差约为3.9,拟合下沉和水平移动效果较好,构建方法能够精确可靠地反演开采沉陷预计参数。将本文构建方法、基于概率积分模型的求参方法和基于Boltzmann函数预计模型的求参方法应用到淮南顾桥矿某工作面的开采沉陷预计参数反演中,本文构建方法拟合程度远优于其他两种求参方法,3种方法拟合下沉和水平移动中误差分别约为82,107,100 mm,本文构建方法求参结果为:q=0.99,tanβ=1.90,b=0.42,θ=87.03°,S1=6.29 m,S2=-29.52 m,S3=49.78 m,S4=32.56 m。     

融合概率积分模型与D-InSAR的开采沉陷预计

矿区地表植被多,开采沉陷速度快、量值大,所产生的地质灾害较一般性的地表沉陷严重,极易使得2景SAR影像失去相干性,造成解缠错误。针对矿区SAR影像相干性较低、下沉盆地中央相位值易丢失的情况,结合合成孔径雷达干涉差分技术（Differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR）和基于遗传算法的概率积分模型,提出了一种矿区开采下沉盆地预计方法。以该方法利用矿区下沉盆地边缘一定数量的相干系数较高且下沉较明显的D-InSAR监测值和下沉盆地中央最大下沉点与拐点附近的少量观测值对某矿II3720工作面进行试验,首先利用概率积分模型反演概率积分法预计参数并采用遗传算法进行多次优化,然后利用得到的参数对该工作面下沉盆地进行模拟预计,结果表明：通过该方法得出的下沉盆地参数及下沉值与实测值较接近,有助于弥补由于矿区SAR影像干涉效果不佳而导致的预计精度不高的不足,通过少量的观测数据可较为有效地预计矿区下沉盆地,对于提高矿山开采沉陷监测与预计的精度有一定的参考价值。     

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     

神东矿区超大工作面开采沉陷参数取值研究

神东矿区超大工作面开采对环境影响剧烈。针对超大工作面开采地表沉陷参数精确取值的问题,根据研究区地质采矿条件设计了4个因素、5个水平正交数值模拟试验方法,研究工作面参数对沉陷参数的影响规律,并给出适合现场条件的概率积分法预测参数。采用有限差分数值模型并结合由正交设计得到的25个模拟试验方案,计算模型地表的移动变形数据和沉陷参数,包括下沉系数、水平移动系数和走向边界角。用方差分析法提取对沉陷参数影响显著的工作面参数,发现下沉系数受工作面倾向长度影响显著,水平移动系数受采厚和工作面推进距离影响显著,边界角受采厚影响显著。对正交试验结果进行最小二乘拟合,得到了由工作面参数计算下沉系数、水平移动系数的公式。在研究区地质采矿条件下,这两个系数应分别取0.532、0.266,输入沉陷预测软件计算的结果与实测数据吻合良好。研究可为类似条件下矿区超大工作面地表沉陷预计参数精确取值提供参考。     

大采深条带开采地表移动和变形的预计

条带开采是进行建筑物下采煤时限制地表变形的措施之一,深部开采地表移动和变形规律与一般地质采矿条件下的地表移动规律相比发生了较大改变.以极不充分务带开采地表沉陷理论为基础,以林南仓矿实测资料为依据,对开采区域-650水平深部条带开采进行了预计,预计下沉的最大偏差为68mm,预计下沉中误差为39mm,远远小于经验公式预计下沉的最大偏差319mm和预计下沉中误差217mm.表明基于极不充分开采的地表沉陷预计理论改善了预计精度,对于研究深部条带开采地表移动和变形的规律,解放建筑物下压煤,实现煤炭资源的可持续发展具有重要意义.     

基于FWA-Logistic方法的概率积分动态参数预测

求取精准可靠的概率积分参数在开采沉陷移动变形预测中至关重要,在非线性模型广泛应用于参数预测的背景下,开展了融合FWA和Logistic模型的概率积分动态参数预测方法(FWA-Logistic方法)。结合Logistic模型的应用情况,考虑到非线性最小二乘求取模型参数的波动性较大,且不合理的初值选取会导致求参结果发散,因此引入了一种FWA算法;综合FWA算法原理、Logistic模型和概率积分动态参数变化规律,提出了FWA-Logistic方法。试验结果表明,拟合样本参数q、tanβ、θ的效果较好,拟合中误差分别为0.028、0.100和0.023°;预测各期参数q、tanβ、θ的平均相对误差分别为2.87%、2.02%、0.03%;最大相对误差约为4.39%。为验证预测参数的实用性,基于预测的各期的概率积分动态参数,代入动态概率积分模型进行地表主断面下沉预计;与实测相比,预计下沉误差在-343～208mm之间,中误差分别为47.66mm、113.60mm、86.67mm、89.23mm。     

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...     

地表移动概率积分法计算参数的相关因素分析

为建立地表移动的概率积分法计算参数与地质采矿条件之间的数学关系,以我国主要矿区的大量地表移动观测站实测数据为原始数据,采用逐步回归的方法建立了开采沉陷概率积分法参数与地质采矿条件之间的统计回归公式。采用中误差和威尔莫特一致性指数(WIA,Willmott’sIndex of Agreement)对回归公式的精度及预测能力进行评定,计算结果表明所建立的回归公式误差较小,各参数回归公式均具有较好的泛化性能。为进一步验证所建立的回归公式的正确性,以4个测试样本数据进行计算,计算结果与实测结果吻合。最后,以淮北某矿地表移动实测数据为例,计算结果表明采用统计规律所计算的概率积分法参数进行开采沉陷预计计算可以得到与实测相符的地表移动变形数据。研究成果为缺少实测资料矿区进行开采沉陷预测确定概率积分法参数提供了科学依据。     

山区采动滑移模型的统一预测参数研究

针对山区滑移模型预测参数选取困难的问题,提出了山区滑移模型统一预测参数的求解方案.在收集、分析山西省主要矿区14个具有代表性的地表移动观测站数据的基础上,将山区采动滑移模型预测参数和相同地质采矿条件下的概率积分法最大下沉预测值作为控制向量,以最大下沉实测值作为输出向量,采用最小二乘非线性拟合优化算法求解,得到了统一预测参数(A=7.63,P=1.60,t=3.40).实例分析结果表明,应用统一预测参数进行山区开采沉陷预计得到的下沉、水平移动预测值的平均相对误差分别为9％和21％,满足工程精度要求.     

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。     

南屯煤矿33_上02工作面开采沉陷预计分析

本文介绍了我国开采沉陷预计使用的主要方法—概率积分法,并以南屯煤矿33上02工作面为例,通过分析工作面的地质采矿条件及沉陷预计参数,给出了地表移动变形值的计算方法,并对概率积分法的适应性及局限性进行了探讨。     

基于小工作面开采的地表沉陷参数获取

通过对实测数据分析与数学模型修正相结合的方式对小工作面开采影响下的地表移动变形规律进行分析和总结,得到该地质采矿条件下可靠的概率积分法参数,并利用所得参数对其它沉陷参数进行反演推算,最终获得该地质采矿条件下一套完整的沉陷参数.     

开采沉陷预计参数的广适应性BP神经网络反演方法

基于实测资料的概率积分法下沉预计能够准确描述开采引起的地表下沉变化,广泛应用于全国各大采区。为了获取准确可靠的开采沉陷概率积分法预计参数,本文以概率积分法沉陷预计为基础,利用BP人工神经网络反演求取预计参数。BP人工神经网络具良好的鲁棒性和非线性映射能力,在参数选取过程中能快速准确的确定预计参数与观测站点实测下沉量之间的映射关系,能准确反演得到实测下沉预计参数。根据地表实测数据,将概率积分法下沉预计与BP人工神经网络相结合,建立了适用于多种地质采矿条件的沉陷预计参数反演模型,并对阳泉某矿进行参数反演,得到结果与实测数据基本吻合,表明应用广适应性BP神经网络方法反演开采沉陷预计参数是可行的。     

矿区地表沉陷监测中RTK代替四等水准的可行性分析

针对矿区地表沉陷监测工作中四等水准测量耗时耗力的问题，从RTK测量精度以及测量误差对地表沉陷预计参数的影响程度的角度，探讨了RTK在矿区地表沉陷监测工作中代替四等水准的可行性。研究得出:RTK的高程精度约为20 mm，不满足开采沉陷10 mm的精度要求，不能直接代替四等水准进行沉陷监测工作；通过正交设计对概率积分参数敏感性分析得到，下沉系数q属于敏感因子，开采影响传播角θ属于最不敏感因子，主要影响角正切tan β影响介于两者之间；通过在下沉值中加入中误差分别为10，20，30 mm的随机误差，反演参数值，分析测量误差对参数的影响，结果显示RTK误差对预计参数的影响不足6%，此时RTK误差对预计参数的影响较小，求参结果可靠。结果表明，RTK可用于地表预计参数工作的进行，对地表沉陷预计参数求取的后续工作有指导性意义。     

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。     

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。