基于改进分段Knothe函数的山区开采地表沉陷动态预计模型

复杂地形地貌等因素的影响下,山区地形下煤炭资源地下开采引起的地表移动变形过程相比平原地区对地表建(构)筑物的影响更为严重,因此准确预计山区地形下采动过程中的地表移动变形是保障建(构)筑物安全的重要前提。基于山区开采沉陷滑移模型,建立了基于改进后Knothe时间函数的山区开采地表沉陷动态预计模型,并采用山西某矿3302工作面的实测地表下沉数据验证该模型的实用性与可靠性。结果表明:Knothe函数的预计模型不能很好地反映地表点下沉完整过程;改进后的Knothe函数的预计结果显著改善,各期预计值中误差相对于实测最大下沉值的相对误差最大值为6.56%,模型预计结果与实测下沉数据具有较好的一致性,满足工程需求。

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。

开采沉陷动态预计的分段Knothe时间函数模型优化

针对分段Knothe时间函数在理论上存在的不足,为了扩展其应用范围,改善其在地表动态下沉预计时的精度,通过理论分析和对比研究,对该时间函数存在的理论缺陷进行了深入探讨,并针对存在的问题提出了相应的改进方法,进而构建了一种新的、适用范围更广、预测精度更高的分段Knothe时间函数模型。研究结果表明:该模型的构建解决了原时间函数在分段点处函数值与理论值不一致的问题以及原时间函数值最终不能收敛于1的问题;新的函数模型在应用上也摆脱了原模型对预计参数选取的某些特殊限制,扩展了利用该模型在不同地质采矿条件下进行动态预计的适用性。通过对实测数据的对比预测,证明采用该时间函数模型进行预测的精度比采用原时间函数进行预测的精度有所提高,并且地表下沉的终态预计值在达到最大下沉值后不会再随着下沉时间的增加而改变。

开采沉陷动态预计流变模型及应用

通过对采场覆岩移动变形规律进行研究,从流变力学角度,给出地表下沉时间位移函数,并结合实测资料对有关参数进行回归分析,运用推导公式与实测资料进行了结果对比,总结出符合大同矿区地表动态下沉经验公式。提出地表下沉推迟时间tr的概念,可作为划分开采沉陷剧烈程度的量化指标。

基于包含度理论的软件可靠性多模型综合动态预计

针对软件可靠性工程领域中存在的不同模型预计相同软件可靠性结果不一致、同一软件的失效过程本身不能用单个模型描述的问题,提出了基于包含度理论的软件可靠性多模型综合动态预计方法。首先定义了基于包含度理论的属性重要度,并给出了一种选择包含度函数的方法,然后给出了软件可靠性多模型综合动态预计的步骤。该方法综合了各种可靠性模型的特点(优点),动态地改变各分模型的权重,使不同类型和特性的模型互相补偿,较好地解决了软件工程中的实际问题。最后通过实例分析验证了该方法的有效性。

MATLAB在开采沉陷动态预计中的应用

地下矿产被采出后引起的地表沉陷是一个时间和空间的非线性变化过程。文中以Knothe时间函数建立的地表移动动态预计算法为基础,并运用MATLAB中的图形用户界面(GUI),通过窗口、菜单、控件等构成操作简便的用户界面,实现主断面和任意点的动态预计的可视化。

开采沉陷动态预计中的流变模型及应用

预计开采期间及结束后地表的移动变形有着重要的实践意义。为了对被损害沉陷区内的建筑物及道路进行彻底维修,需确定地表移动过程完全终止的时间;开采区内公路、桥梁或河道整治工作,需对不同时间的地表下沉量进行较为准确的预计,以便能按时进行维护。此外,解决好地表下沉的动态预计,也可以确定什么时间出现危险,及时采取有效措施,杜绝事故发生。本项研究对于露井联采矿区,井工开采后对地表露天矿的设施及道路等的影响能采取及时有效措施进行处理很具现实意义。对于开采沉陷的静态预计,国内外学者已经做了大量深入细致的研究,但在动态预计方面,仍然没有很好的理论加以解决。本文通过对采场覆岩变形规律的研究,从岩石流变学的角度,建立岩移的流变力学模型,并据此推导出下沉量与时间关系的动态位移方程,结合实测数据进行反分析,求出了时间系数。

开采沉陷倾向主断面动态预计模型与算法

针对开采沉陷动态预计精度较低及对倾向主断面动态预计研究较少的问题,为了提高预计精度和动态预计的针对性,加强动态预计成果在矿区生产和采空区土地利用中的指导作用,基于概率积分静态预计模型,采用"优化分段Knothe时间函数",对地表倾向主断面动态沉降变形的预计方法进行了研究,主要包括:(1)讨论了倾向主断面动态开采单元的划分方法;(2)基于概率积分法和有限开采倾向等影响原理,推导了各动态单元的参数计算公式;(3)结合各单元时间函数值,根据叠加原理,建立了适应于水平和缓倾斜煤层的倾向主断面动态预计模型;(4)根据所建模型讨论了动态预计时的计算流程,设计了对应的计算机编程算法,分析了需要注意的难点问题,最后,根据模型和算法编制了动态预计程序,并将其应用到预计实践中。预计实践1表明:无论从上山或下山的任何方向开始开采,预计得到的地表动态移动变形规律都与理论揭示的移动过程相符合;并且,当给定的预计时间足够长,倾向主断面动态下沉预计结果与静态预计结果相一致,进而从理论上揭示了模型和算法的科学性,实现了开采沉陷动静态预计的一体化;预计实践2表明:通过将29401工作面的动态预计结果与实测结果的对比分析可知,预测中误差最小为54 mm,最大为452 mm,预计相对误差在总体上可控制在8.5%左右,证明了所建模型及算法的可靠性。

基于优化时间函数的采动地表任意点沉陷动态预计

针对常用Knothe时间函数在动态预计中理论研究方面存在不足及在地表下沉初始阶段预计精度较低等问题,为了能够全面地了解矿区地表沉陷动态发展变化过程,掌握地表各重要点位的动态变形规律,提高动态预计精度和动态预计的针对性,发挥动态预计在指导矿山工程实践中的应有作用,基于概率积分模型,采用优化分段Knothe时间函数,构建了可预测地表任意点动态沉降变形的计算模型,并开发了计算程序,所建模型各参数意义明确,求取方便,同时,矿区地表监测点即使布设在非主断面上,也可根据实测数据利用模型反算概率积分参数。实例1表明:在考虑拐点偏移距的情况下,预测的地表下沉盆地两拐点的下沉值基本等于盆地最大下沉量的1/2,与理论揭示完全吻合;通过对不同时刻地表点的下沉和倾斜进行动态预计,清楚地说明了地表下沉盆地和倾斜变形的动态发展过程;另外,通过倾斜三维图及其二维等值线图的变化过程可知,下沉盆地平底部分的倾斜值尽管最终为0,但也是经历了从小到大、再从大到小、最后趋于0的剧烈变化过程,如果只进行稳定后的静态预计则反映不了这一动态过程;实例2表明:通过对比分析1176东工作面各采动期的地表监测点实测与动态预计结果,并抽样进行精度分析可知,动态预计相对中误差最小为5.6%,最大为14.2%。经统计预测相对中误差可稳定在8%左右,证明了模型预测精度是可靠性的。

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,证明了模型和算法的可靠性。

分段Weibull时间函数开采沉陷动态预计研究

以地表点最大下沉速度时刻τ为分界点,将动态下沉过程分为前后近似对称的两个阶段,结合偏差改正、生长函数模型等手段消除理论误差,提出一种分段Weibull时间函数,建立了τ与地表点距开切眼距离x的回归方程,并对岩性参数c和k的确定方法进行了探讨,有效改进了Weibull时间函数在动态预计中存在的不足。以山西某矿3214工作面实测数据为依据,对单点及主断面的下沉值进行预测验证,并与Weibull、Knothe以及优化后的分段Knothe函数对比。分析发现,就单个点而言,分段Weibull时间函数的预测精度比上述函数分别提高了41.09%,51.03%,3.47%;对主断面而言,第一期相对误差最大,仅为5.25%.研究表明,分段Weibull时间函数具有一定的可靠性,能够用于沉陷区更高精度的动态预测。

基于变异函数的地表沉陷动态预计模型研究

矿产资源开采引起的地表沉陷,危及人类生命和财产安全,研究地表沉陷随时间变化的动态过程对防治采空区地表建筑物变形破坏具有重要的指导意义。为了准确描述因开采引起的地表随时间变化的动态过程,基于变异函数理论,建立动态预计模型,并对其进行理论分析和试验验证。结合概率积分法相关理论知识推导出地表下沉时间,将其代入变异函数的变程中,为使模型描述地表点随时间变化的下沉量、下沉速度、下沉加速度符合地表下沉规律,对变异函数模型取不同的指数,并结合4个矿区下沉数据进行对比分析。研究结果表明:当模型分子指数H=4时,该模型预计下沉时间与概率积分法计算出的下沉时间接近,且分母指数K与地表点下沉时间呈正比关系,因此得出模型的最佳指数为H=4,K为待拟合值,进而提出了一种基于变异函数的地表沉陷动态预计模型;通过与2个矿区工作面实测数据对比分析得出:该模型预计地表点下沉量的均方误差分别为0.027、0.026、0.039 m,相对中误差分别为1.69%、1.62%、2.44%,最大下沉速度误差分别为4.7%、6.1%、8.1%,下沉速度均方误差分别为0.0014、0.0010、0.0014 m/d,相对中误差分别为6.16%、4.46%、6.36%;预计采空区地表随时间变化的下沉过程与实测基本符合;结果证实该基于变异函数的地表沉陷动态预计模型在描述地表点下沉量、下沉速度、下沉加速度,具有实用价值。

基于蛙跳PSO-Richards模型的地表沉降动态预计

基于地表沉降变形规律和实际情况,分析预计地表沉降动态演化全过程的时间函数应具有的特征。针对采动区地表沉降Richards模型参数选取较为复杂的问题,引入蛙跳PSO算法思想,提出采动区地表沉降动态预计的蛙跳PSO-Richards模型。工程实例分析表明,蛙跳PSO-Richards模型符合理想时间函数特征,能够较好地预计采动区地表动态沉降全过程,具有较好的适用性。

开采沉陷动态预计中的流变模型及应用

解决开采沉陷动态预计的规律性问题,必须把地质实测经验资料和采场覆岩移动变形力学机制有机地结合起来。用流变力学原理推导地表动态移动下沉值与时间的函数关系式,结合现场实测资料对相关系数进行估算,可以有效地对开采地表变形进行预计,有助于确定地表受采动的影响程度。

基于变步长FOA—Richards模型的地表沉降动态预计

针对地表动态沉降的非线性和随机性特征,且沉降大致呈现“S”形曲线发展,最终趋向于稳定状态,采用Richards函数进行动态预计。基于采动区地表下沉Richards模型求取参数较为复杂,引入变步长果蝇优化算法(FOA)思想,建立采动区地表下沉动态预计的变步长FOA-Richards模型,以提高预测精度。工程实例分析表明,变步长FOA-Richards模型符合理想的时间函数特征,能够较好地预计出动态下沉值及下沉速度,且精度可靠性较高。

改进的Knothe时间函数开采沉陷动态预计模型研究

针对Knothe时间函数描述开采沉陷中的地表动态下沉过程的不足,在原Knothe时间函数的基础上,增加了影响时间变化的幂指数参数和反映岩层移动非线性特征的参数,以淮南某矿1613 (1)工作面地表移动观测站实测数据进行模型验证。结果表明,该模型精度能够满足淮南矿区开采沉陷预计工作的需要,即基于改进的Knothe时间函数模型构建的岩层移动动态演化过程,能够更客观真实地反映岩层下沉量、下沉速度的客观变化规律。

基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计

为了探讨采矿过程中受时间和空间影响的地表移动变形的发生发展机理,提出了一种基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计方法。该方法以研究描述地表沉陷区观测点下沉变化过程的Weibull时间序列函数为基础,认为Weibull时间序列函数在描述地表观测点沉陷的动态过程时,不仅能较好地拟合下沉-时间(wt)曲线,而且由此推出的速度-时间(v-t)曲线和加速度-时间(a-t)曲线也能够很好地符合地表沉陷随时间变化的物理过程。基于实测资料确定的负指数法在描述地表移动盆地时具有实践应用性强、预计精度高等特点,给出了走向主断面半无限开采负指数法的下沉预计公式及参数求取方法。根据主断面动态沉陷模型的一般形式,将Weibull时间序列函数与负指数预计函数相结合,建立了充分采动条件下沉陷盆地走向主断面的动态地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形模型,并对某煤矿的地表动态沉陷进行了预计,结果表明,预计结果与实测结果具有很好的一致性,可为实现矿区地表动态沉陷预计提供参考。

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。

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.

利用MATLAB的地表动态预计系统的算法设计

本文分析了当前地表动态预计软件的现状和MATLAB软件功能特点,重点介绍了该软件在开发地表动态预计系统算法的应用。以动态时间函数结合概率积分法为理论基础,运用MATLAB软件进行开发预计系统。结果表明,该方法能反映地表移动的动态特征,实现了煤炭开采对地面动态沉陷影响的较为精确的分析与计算,可以直观而精确地对地表变形各种图形自动绘制,对指导开采设计和选择地面建筑物保护措施具有较大的实用价值。