随着煤炭资源的大量开采,采矿条件较好的浅部煤炭已接近枯竭,我国多数煤矿企业已转入深井煤炭的采掘。深井“三下”压煤日趋严重,深井开采沉陷规律研究是寻求“三下”开采技术途径的关键。本文瞄准深井矿区在地表监测、规律分析、预计模型等方面存在的共性问题,以淮南矿区为例,综合采用理论研究、模拟实验、现场实测、观察类比等方法,综合分析淮南矿区深井开采条件下地表移动变形机理和规律,在此基础上展开了深井开采条件下地表时空关联预计模型以及采矿几何特征参数反演方法研究,主要取得成果如下:(1)建立了淮南矿区地表沉陷移动变形参数多元回归求参模型,并提出了一种融合极限学习机(ExtremeLearningMachine,ELM)的改进算法,有效地改善了地表移动变形参数的求取精度。本文通过对近年来淮南矿区顾桥、顾北、张集、朱集、丁集、潘二、潘三、潘北等采煤工作面地面观测站资料的收集整理,利用回归分析的方法构建了地表移动盆地动态参数(启动距、地表最大下沉点的下沉速度、地表变形持续时间等)、角量参数(地表超前影响角、最大下沉速度滞后角、综合边界角、综合移动角)、概率积分法预计参数(下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切、开采影响传播角)与地质采矿条件(采高、采深、煤层倾角、工作面开采尺寸等)之间的定量与定性关系;构建了一种融合多元回归模型和极限学习机的地表移动盆地相关参数的预计模型,并以典型矿区的下沉系数为例验证了模型的精度和可靠性,为新掘进工作面的矿区地表移动盆地参数的选取提供了一种有效的经验方法。(2)构建了一种适合深井工作面地表预计的双Boltzmann组合开采沉陷预计模型(ImprovedBoltzmann,IB),显著的提高了沉陷盆地整体和边界部分的预计精度。针对概率积分法(PIM)预计模型在深井条件下预计效果的缺陷(边界不收敛),在分析地表移动变形机理的基础上,根据组合模型的思想,将两个不同参数的Boltzmann下沉盆地按照一定的比例组合,进而构建了一种新的地表预计模型,并依据叠加原理,推导了走向主断面、倾向主断面及任意点的预测公式。针对模型参数求解复杂的问题,提出将多种群遗传算法(MPGA)引入到模型的求解过程中,模拟实验和工程实例研究结果表明:IB预计模型求参结果稳定,对于观测点存在的随机误差和粗差,有着较好的抵抗能力。为分析IB预计参数的变化规律,求取了淮南矿区典型深井开采工作面的IB预计模型参数以及概率积分法预计参数,通过回归建立了IB预计模型参数的求取公式。(3)构建了一种顾及地表预计参数变化的地表动态预计模型,并将其与InSAR数据相结合,从而建立了基于地表移动盆地边缘InSAR数据的矿区地表三维形变动态预计方法。通过分析1414(1)工作面采动过程中地表移动变形参数(IB模型参数)随采动程度变化的规律,构建了一种基于地表预计参数变化的动态预计模型(DynamicImprovedBoltzmann,DIB),并给出了基于地表相对形变值和绝对形变值的动态预计模型参数求取方法,并在此研究的基础上,结合D-InSAR获取的地表变形信息,构建了一种基于边缘修正模型的InSAR-DIB动态预计模型,有效的扩展了D-InSAR技术在矿区的应用范围。(4)建立了一种基于地表形变信息以及地表移动变形参数先验信息的采矿几何特征参数求取方法,显著提升了深井松散层矿区采矿几何特征参数的求参效率。首先建立了采动过程中以及稳沉条件下描述采矿几何特征参数的参数体系,然后以工作面采矿几何特征参数为未知量,地表形变量和预计模型相关参数为已知量,建立采矿几何特征参数识别方程。研究了工作面采动过程中和稳沉条件下,两种不同的反演方法,并通过模拟实验和工程实例验证了反演模型的可行性。图[91]表[41]参[146]