基于正态时间函数的动态沉陷预测模型构建及应用研究

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近年来,煤炭资源的不断开采形成了大量采空区,对地表造成了多种形式的破坏,包括:滑坡、地裂缝、塌陷坑等,同时开采对采空区上方建构筑物造成了不同程度的损坏,导致矿区与周围居民矛盾尖锐。传统的解决方法是进行静态预测,而开采沉陷在时间和空间上是一个复杂的四维变化过程,静态预测因无法体现动态变化在实际应用中存在缺陷,此时依据动态移动变形规律建立动态沉陷预测模型就显得尤为重要,矿方可根据动态预测模型对受扰动的建构筑物及时采取措施加以防护。时间函数是动态预测模型的核心,传统时间函数主要研究对象为单特征点,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,速度曲线呈现0?Vma x?0的规律且具有对称性,加速度曲线表现为0?(10)ama x?0?-ama x?0与地表沉陷动态发展规律一致,本文在优化后的正态时间函数基础上建立了与位置有关的动态沉陷预测模型,取得了一系列研究成果如下:(1)本文通过引入超前影响距和最大下沉速度滞后距,建立了与位置有关的正态函数动态预测模型并给出了参数开始移动时间tp和移动持续时间tc的计算公式,模型构造简单且可与多种静态预测方法相结合。(2)文中结合大同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随位置的变化规律,并选取不同地质条件下的忻州地区工作面验证规律可靠性。研究结果表明:形态参数c在移动盆地模型范围内为分段函数,将拟合参数代入模型后通过大同某工作面观测点时间函数值与实测下沉占比对比,其相对中误差保持在4%-9%之间;对于忻州地区工作面,其相对中误差保持在1%-5%范围内。通过处理工作面实测数据发现模型相对中误差在合理范围内,模型整体精度比较稳定。(3)基于地理位置相近且地质采矿条件类似,将正态时间函数模型参数应用于大同地区另一工作面的动态预测可及时为矿方提供参考,文中将概率积分法获得的静态下沉值与正态时间函数值相乘得到各点各期动态预测值,同时与工作面上方埋设的观测点各期实测值比较分析,结果表明:正态时间函数动态预测模型预测下沉值与各期实测下沉值比较接近,精度能够满足实际要求。(4)本文基于正态时间函数动态预测模型使用matlab语言设计了算法,在结合静态下沉值的基础上程序经过计算可将动态预测结果可视化,程序具有绘制主断面下沉图及三维下沉盆地的功能。正态时间函数动态沉陷预测模型可为矿区精确预测地表动态移动变形服务,同时为矿区建构筑物保护提供重要参考。
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