融合D-InSAR与幂指数Knothe时间函数的老采空区地表残余变形预测

煤炭老采空区在我国广泛分布,随着老城改造和城镇化发展,越来越多基础设施不可避免需建造在老采空区,而老采空区地表残余变形预测既是这些工程建设的迫切需求,也是面临的重要难题。本文以河南平顶山某拟建变电站所在老采空区场地为研究区域,融合D-InSAR技术与幂指数Knothe时间函数模型对老采空区地表残余变形进行预测。首先利用合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术分析得到研究区域地表2017年6月~2022年6月的累计变形及逐年沉降量。在此基础上,根据地表累计变形与逐年沉降数据,确定了幂指数Knothe时间函数模型参数取值,建立了描述研究区域老采空区地表动态沉降规律的幂指数Knothe时间函数模型,并基于实测数据对该模型及参数进行验证。最后对变电站所在场地老采空区地表剩余残余变形及未来10年的逐年沉降量开展预测,研究成果可为老采空区工程建设提供依据。

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。

基于Knothe时间函数和InSAR的煤矿区动态沉陷预计研究

以钱营孜矿区的3212工作面为研究对象,采用基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型进行开采沉陷动态预计。计算了不同时间、不同位置的点的动态下沉值,分别与水准测量成果和D-InSAR监测结果进行了对比分析。实验表明,基于Knothe时间函数的动态沉陷预计模型所得到的结果符合开采沉陷导致的地表沉陷规律;其结果与水准测量成果和D-InSAR监测结果吻合;最大误差不超过0.2m,能够满足动态预计的要求。

Knothe时间函数及其在地表动态下沉过程中的应用

基于时间函数预计地表动态移动变形逐渐发展成了一种趋势。为此,详细介绍了原始Knothe时间函数和3种改进的Knothe时间函数,并讨论了这3种Knothe时间函数在地表动态下沉过程中的应用,最后给出了具体实例,结果表明:原始Knothe时间函数和3种改进的Knothe时间函数都有较高的精度,具有实践指导意义。

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。

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Knothe时间函数的开采沉陷预计研究

开采沉陷对矿山正常安全的采煤工序和地面建筑物有严重影响,为减少沉陷带来的损害,根据矿山实际生产情况,采用Knothe时间函数结合概率积分法,建立地表沉陷预计模型及公式,并运用Matlab软件编辑M文件将预测结果可视化,确定矿山开采过程中地表的沉陷量及沉陷范围,最终完成对地表的沉陷预计。结果表明:工作面在推进至148.8~186 m时达到最大下沉量,与预测结果基本吻合;随着工作面的继续推进,地表塌陷波及范围会不断加大,采取加大回采长度,保证地表的相对平整性;地表塌陷走势大致沿着走向方向呈台阶依次下沉,最大下沉处约1.6 m。方法可监测地表沉陷范围及下沉量变化,为减少沉陷损害提供指导依据。

Knothe时间函数参数影响分析及其求参模型研究

对Knothe时间函数参数的影响进行了分析,在Knothe时间函数未达到收敛以前,对于同一时间点而言,c值越小,Knothe时间函数值也越小,c值越大,Knothe时间函数取值也相对越大,特别是在t∈[0,0.2]时,不同的参数对Knothe时间函数值影响较大。根据开采沉陷地表移动变形的一般规律和采空区达到充分采动时的尺寸,建立了一种新的Knothe时间函数求参模型——概率积分求参法。通过对比分析平安煤矿、富力煤矿和孙村煤矿的实测c值与采用该模型的计算c值,验证了该模型的正确性;并以29401工作面上方走向观测线的多期实测下沉数据为例,对该模型进行了实例应用,通过对比分析实测数据和预测结果,进一步证实了本文所建立的Knothe时间函数求参模型的实用性和可靠性。

基于非线性目标函数的时间卷积网络RUL预测

机械设备剩余使用寿命(RUL)预测是系统维护策略的重要组成部分。在建立深度学习预测方法的目标函数的过程中,退化模型通常以分段线性函数的形式建立,异常值对预测结果的影响很容易被放大。提出了一种基于分段非线性退化的时间卷积网络回归模型。非线性函数能较好地描述传感器的退化趋势,减少线性模型预测引起的系统偏差。在美国航天局公布的涡扇发动机(C-MAPSS)数据集上验证了该模型的有效性,实验表明该模型比目标函数为分段线性函数的模型具有更低的误差,优于现有的一些预测方法。

基于改进Knothe时间模型的地表最大沉降速度预测

在传统Knothe时间模型假设基础上提出新的假设,构建改进Knothe时间模型,通过理论分析表明,改进后的时间模型符合地表点沉降和沉降速度变化规律;基于改进Knothe时间模型推导了地表最大沉降速度计算表达式,并给出模型参数确定方法。采用20个矿区开采引起的地表最大沉降速度监测值与理论预测值进行对比,结果表明,20个矿区的地表最大沉降速度理论预测值与监测值吻合程度高,两者相对标准偏差仅为2.1%,验证了模型的精确性和可靠性。地表最大沉降速度受煤层采高、开采速度、松散层厚度和基岩层厚度等参数影响,研究表明,地表最大沉降速度随煤层采高和开采速度的增加而线性增加,随松散层厚度、基岩层厚度的增加而非线性减小,且其对基岩层厚度变化的敏感性比松散层厚度变化大。

结合改进Weibull时间函数的开采沉陷动态预测模型

煤炭开采引起的地表沉陷是一个多维动态变化过程,动态预测可以获取采空区上方任意位置、时刻的形变大小,对保护地面基础设施和人民生命安全具有重要意义。为实现地表沉陷的动态预测,针对Weibull时间函数模型结构复杂、参数较多等不足,基于开采沉陷相关理论,建立了仅含一个模型参数,且可以准确描述地表点下沉量、下沉速度、下沉加速度的改进Weibull时间函数模型。在此基础上,结合已有的地表沉陷盆地模型,建立了一种新的开采沉陷动态预测模型,详细阐述了模型参数的确定方法及其对沉陷盆地形态的影响,并结合某矿313工作面和3214工作面实测数据验证了模型的预测精度和适用性。结果表明:改进的Weibull时间函数模型最大均方根误差为52 mm,最大相对误差为2.1%,较改进前分别提高了60.3%和64.4%;开采沉陷动态预测模型预测的下沉曲线形态和实测下沉曲线形态一致,最大均方根误差为17 mm,最大相对误差为1.76%,表明该模型可以预测地表沉陷过程,具有较好的适用性和可靠性。该研究结果可为矿区地表沉陷动态预测提供参考。

开采沉陷动态预测时间函数参数变化规律研究——以Weibull为例

针对开采沉陷动态预测模型中时间函数参数主要以最大下沉点的下沉时间序列为基础反演获取,在工作面上方空间位置变化规律研究不足的问题;依据工作面推进过程中覆岩受力、垮落情况,在平面方向上将采空区分为竖向整体受压区、中间区、动态完全区3个区间;以Weibull时间函数为例,分析了动态预测m、k 2个参数的含义、空间分布规律及特点,并构建2个参数的分区数学模型及选取准则;分别以实测最终值、概率积分法预测值为基准,通过实例验证了其正确性,丰富了开采沉陷动态预测参数研究。

循环噪声作用下周期调制双稳系统的驻留时间分布函数

提出了一种计算循环噪声作用下周期调制双稳系统驻留时间分布函数的理论方法。基于具有分段逃逸速率的两态模型理论,建立粒子逃逸的瞬时速率方程,推导得出驻留时间分布函数的递归表达式。基于此,分别计算信号振幅与循环噪声强度比值较大和较小2种不同情形下驻留时间分布函数的解析表达式。并且,从理论和数值模拟两方面分别阐明了循环噪声对驻留时间分布函数结构的影响。研究结果表明:驻留时间分布函数呈现指数衰减且在循环滞后时间处出现骤然下降趋势,且随着噪声强度和相关强度的增大驻留时间分布函数衰减速度变快,说明循环噪声能够加速粒子在势阱间的跃迁。此外,在周期信号的调制下,驻留时间分布函数在信号半周期的奇数倍处出现一系列峰值,这预示着系统发生了随机共振现象。

基于改进Knothe时间模型的地表移动延续时间预测

地表移动延续时间是地表移动稳定评价的关键指标,精确预计该时间对于地表及地面设施的稳定性评估至关重要。首先分析了经典Knothe时间模型描述地表动态沉降规律的不足,然后基于该模型基本假设,提出新的模型假设,建立了仅含一个模型参数且能够精确描述地表动态沉降、沉降速度和沉降加速度的改进Knothe时间模型。其后,基于改进Knothe时间模型,建立了能够综合考虑煤层采高、平均采深和煤层开采速度等因素的地表移动延续时间预测模型,并根据概率积分法给出了模型参数的确定方法。最后,采用20个矿区地表移动延续时间监测数据对地表移动延续时间预测模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:基于改进Knothe时间模型的地表移动延续时间模型预测结果与20个矿区监测结果基本吻合,2者均方根误差ERMS仅为64 d,小于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》预测模型的882 d和Knothe时间模型的152 d,验证了地表移动延续时间预测模型的合理性和精确性;地表移动延续时间受煤层采高、平均采深和煤层开采速度的影响,且随煤层采高的增加而非线性增加,随平均采深的增加而线性增加,但随煤层开采速度的增加而非线性减小;当煤层开采速度小于5 m/d时,可通过适当增加煤层开采速度来缩短地表移动延续时间。研究可为煤层开采地表移动变形稳定时间预测提供一定的借鉴和参考。

基于时间函数的高寒矿区地表动态下沉规律研究

高寒地区因为其冻土的特殊性质导致其经历开采后随着季节变化易导致上覆岩层破坏,因此,为准确预测高寒地区矿区上覆岩层的动态沉降的发展趋势,选取高寒矿区地表富水区作为研究对象,基于Weibull时间函数与分段函数的思路,结合矿区地表干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)监测数据建立高寒矿区地表动态沉降模型,讨论该函数模型的适用性。结果表明:高寒矿区冻胀地表沉降的3个阶段沉降量与时间的关系曲线与Weibull时间函数模型对应曲线相符。对Weibull时间函数的双参数取值进行探讨并优化,最终确定当初始、加速阶段的沉降运动参数λ取值2.5,沉降时间参数η取值0.068,稳定阶段λ取值2.3,η取值0.048时误差处于限差范围内,能较为准确地模拟预测地表的动态沉降过程。研究成果可为高寒矿区的防灾减灾及治理工程提供参考。

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。

基于分段Knothe函数的采空区埋地管道动态力学特性研究

针对穿越采空区埋地管道的动态力学预测问题,本文在概率积分法基础上将煤矿开采距离定义为开采时间与开采速度的乘积,采用分段Knothe函数模型并使用叠加原理,建立了在管-土协同变形期间水平煤层及缓倾斜煤层下埋地管道的动态下沉模型;在此基础上,运用弹性地基梁模型求解管道的挠度并结合分段Knothe函数建立了管道动态力学预测模型。结果表明:通过对比理论计算数据与实测数据可知,基于分段Knothe函数的预测方法能够比较真实地反映埋地管道的动态下沉位移及不断开采对埋地管道下沉变化的客观规律,且通过管道挠度方程能准确预测管道的动态力学行为。

改进Knothe地表动态沉降预测模型及其参数分析

针对传统Knothe时间模型描述地表动态沉降过程中的不足,在Knothe时间模型基础上考虑了上覆地层非线性力学特征,建立改进Knothe时间模型,理论分析表明改进后时间模型符合地表单点沉降、沉降速度和沉降加速度变化规律;结合现场实测数据和双介质法,给出改进Knothe时间模型参数计算表达式。采用兴隆庄煤矿4326工作面、三道沟煤矿35101工作面和阳泉二矿8403综采工作面开采地表沉降监测数据,对传统Knothe时间模型和改进Knothe时间模型精度进行对比分析。结果表明:改进时间模型能够更真实地反映地表随开采时间的动态变化过程,预测值和实测值的平均相对标准偏差仅为3.22%,远低于Knothe时间模型的15.72%,验证了改进时间模型的精确性和可靠性;地表动态沉降过程受煤层回采速度v、松散层厚度Hs、基岩层厚度Hj、松散层充分采动角φs和基岩充分采动角φj影响,且影响敏感度依次为:Hj,v,Hs,φj,φs。研究可为煤层开采地表动态沉陷预测提供一定的借鉴和参考。

导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。