基于Logistic时间函数地表动态沉陷预测及优化求参研究

实施采煤诱发的地表动态沉陷预测及优化求参研究能够显著降低采动损害,保护国家基础设施和生命财产安全。为了实现地表沉陷的动态和定量化预测,合理确定模型预测参数,引入以时间序列为自变量的生长模型,从地表下沉、下沉速度、下沉加速度及分布形态4个方面,论证了Logistic时间函数的时空完备性。构建了基于坐标变换的地表沉陷终态和动态预测模型,并给出了模型参数的确定方法。以Matlab为研发平台,实现了模型参数的自动求取和地表沉陷的定量化预测。最后以某矿21104工作面为工程背景,对地表沉陷动态预测模型的可靠性和预测精度进行了分析和评价。结果表明,基于Logistic时间函数的计算结果不但在地表下沉、下沉速度和加速度方面与地表沉陷的实际特征相吻合,而且模型预测参数能够灵活体现地表沉陷的时空分布特征。Logistic时间函数下沉速度阻尼系数为160,下沉速度增长因子为3.1。地表终态下沉系数为0.88,主要影响角正切值为1.68,开采影响传播角为84.6°;沿工作面走向和倾向方向的预测相对中误差最大值分别为±5.98%和±4.21%,理论值与实测值相吻合,采用该预测模型能够实现地表动态沉陷的合理预测。

基于Matlab曲线拟合求取地表沉陷预计参数的程序实现与优化

为解决煤矿地表移动观测站实测及数值模拟或相似材料模拟试验数据的概率积分法地表沉陷预计参数的科学、准确求取,以概率积分法为基础,应用Matlab编写了实测或试验数据曲线拟合求取地表沉陷预计参数的程序,实现了求取地表沉陷预计参数的计算机处理;对于不同工作面位置采厚的变化,提出了将实际采掘工作面以水平面划分为多个不同煤层厚度工作面叠加来进行地表沉陷预计参数求取的方法;对于矿图原始坐标位数较多、采深较小的工作面拟合求参过程中的计算容易溢出与计算速度问题,提出了对地表沉陷预计公式先降低计算坐标位数再将求取结果坐标位数提升的方法。研究结果表明:对变采高工作面地表沉陷预计参数求取,沿水平面划分为多个煤层厚度的工作面叠加求参法,减小了工作面平均采高法与垂直划分法的预计参数求取误差,尤其解决了工作面垂直划分法求参中拐点偏移距的离散性问题;同时对矿图原始坐标位数较多的煤矿区,对地表沉陷预计公式中的坐标处理方法,提升了计算速度,解决了计算容易溢出的问题。

常村矿巨厚砾岩下特厚煤层开采对地表形变的影响分析

为了研究巨厚砾岩下特厚煤层开采地表形变规律,以概率积分模型为原型,建立了基于叠加原理的三维空间分布式优化求参模型。以常村煤矿2113工作面地表移动观测站实测资料为依据,采用下沉和水平移动求参模型求取了地表形变预计参数。结合工程地质资料,从岩层运移机理对参数的分布规律进行了分析。结果表明,巨厚砾岩关键层的初次破断距为367 m,悬臂梁周期破断距为179 m,关键层破断后地表非连续变形显现强烈,巨厚砾岩层的悬臂支承作用是造成地表沉陷盆地出现偏态下沉的根本原因,与实测结果相吻合。