基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)于煤炭資源開(kāi)采所引起的地表沉陷損害的科學(xué)預(yù)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭資源作為我國(guó)的主體能源，為國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。但是煤炭 資源的開(kāi)采的同時(shí)，也對(duì)地表生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響?？茖W(xué)預(yù)計(jì)煤炭資源開(kāi)采所引起的 地表沉陷損害，對(duì)合理安排礦井開(kāi)采計(jì)劃和土地復(fù)墾具有十分重要的意義。然而煤炭開(kāi)采 引起的地表沉陷是一個(gè)在空間和時(shí)間上都非常復(fù)雜的過(guò)程。現(xiàn)階段預(yù)測(cè)方法主要是對(duì)于沉 陷穩(wěn)定后的沉陷盆地范圍能做出比較好的預(yù)測(cè)。但僅根據(jù)穩(wěn)定后（或靜態(tài)）的沉陷規(guī)律還 不能很好地解決實(shí)際問(wèn)題，必須進(jìn)一步研宄動(dòng)態(tài)的移動(dòng)變形規(guī)律。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)開(kāi)采 沉陷動(dòng)態(tài)過(guò)程的研宄尚處于探索階段，還沒(méi)有成熟的理論與方法指導(dǎo)工程實(shí)踐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方 法，該方法思路清晰，易于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)于礦區(qū)安全開(kāi)采及生態(tài)恢復(fù)等都具有十分重 要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方 法，其特征是包括以下步驟：
[0005] (1)首先，根據(jù)地下煤層開(kāi)采主要影響半徑r，生成時(shí)空積分網(wǎng)格，時(shí)空積分網(wǎng)格 單元1的尺寸(1 = 11^(1'/1〇)，其中主要影響半徑1' = 11八80，11為水平煤層埋深，0為主 要開(kāi)采影響角，時(shí)空積分網(wǎng)格的總寬度應(yīng)大于等于主要影響范圍；同時(shí)按照同樣的網(wǎng)格尺 寸生成地表網(wǎng)格和地下煤層網(wǎng)格；
[0006] (2)計(jì)算時(shí)空積分網(wǎng)格單元M(x,y)對(duì)地表待預(yù)計(jì)單元S(Xd, 的下沉貢獻(xiàn)率，計(jì) 算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方法，其特征是包括w下步 驟： (1)首先，根據(jù)地下煤層開(kāi)采主要影響半徑r，生成時(shí)空積分網(wǎng)格，時(shí)空積分網(wǎng)格單元M的尺寸d=int(r/10)，其中主要影響半徑r=H/tg0，H為水平煤層埋深，0為主要開(kāi)采 影響角，時(shí)空積分網(wǎng)格的總寬度應(yīng)大于等于主要影響范圍；同時(shí)按照同樣的網(wǎng)格尺寸生成 地表網(wǎng)格和地下煤層網(wǎng)格； 似計(jì)算時(shí)空積分網(wǎng)格單元M(x，y)對(duì)地表待預(yù)計(jì)單元S(Xc，y。）的下沉貢獻(xiàn)率，計(jì)算公 式如下：
式中，（x，y)為時(shí)空積分網(wǎng)格單元M的中屯、點(diǎn)坐標(biāo)，（xu，y。）為地表待預(yù)計(jì)單元S的中 屯、坐標(biāo)； WsM為時(shí)空積分網(wǎng)格單元M開(kāi)采造成地表單元S的下沉量，mm; W。為充分采動(dòng)條件下的地表最大下沉值，mm;cIa為開(kāi)采單元面積，m2; 為了便于使用，將上式計(jì)算的Wsm/W。結(jié)果轉(zhuǎn)成千分比值，生成時(shí)空積分網(wǎng)格下沉空間影 響權(quán)值分布圖，轉(zhuǎn)換公式如下：
式中，fsM表示時(shí)空積分網(wǎng)格單元M開(kāi)采對(duì)地表單元S下沉的作用分值；n表示時(shí)空積分網(wǎng)格的單元總數(shù)； 式中其他含義同上 (3) 利用雙曲正切函數(shù)描述下沉?xí)r間影響函數(shù)，通過(guò)與開(kāi)采煤層疊加，獲取時(shí)間參數(shù)， 動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)空積分網(wǎng)格時(shí)間影響權(quán)值，計(jì)算公式如下：
式中，W"(t)為M的時(shí)間影響函數(shù)；t為網(wǎng)格單元M開(kāi)采后至預(yù)計(jì)時(shí)刻的持續(xù)時(shí)間，天； H為水平煤層埋深，米； (4) 計(jì)算地表預(yù)計(jì)單元S的下沉值，采用W下公式計(jì)算：
式中，f；為地表預(yù)計(jì)單元s的時(shí)空積分值； fsM表示時(shí)空積分網(wǎng)格單元M開(kāi)采對(duì)地表單元S下沉的作用分值； W"(t)為時(shí)空積分網(wǎng)格單元M的時(shí)間影響函數(shù)；n為積分網(wǎng)格的單元數(shù)； 為地表預(yù)計(jì)單元S的下沉量，mm; W。為理論最大下沉量，mm; (4)至此，完成一個(gè)地表待預(yù)計(jì)單元的下沉預(yù)計(jì)工作，移動(dòng)時(shí)空積分網(wǎng)格到下一個(gè)待預(yù) 計(jì)單元進(jìn)行模擬計(jì)算，直至地表可能受影響區(qū)域的所有單元計(jì)算完成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方法，其特 征是： 步驟（3)計(jì)算時(shí)空積分網(wǎng)格時(shí)間權(quán)值的流程如下；首先賦予每一個(gè)積分網(wǎng)格的時(shí)間屬 性為擬預(yù)計(jì)的時(shí)間，然后將該積分網(wǎng)格中屯、點(diǎn)設(shè)定到待預(yù)計(jì)的地表點(diǎn)上，與對(duì)應(yīng)的地下煤 層網(wǎng)格單元的時(shí)間屬性進(jìn)行相減，如果結(jié)果小于0,表示沒(méi)有開(kāi)采，則積分網(wǎng)格時(shí)間影響權(quán) 值為0 ;如果結(jié)果大于0,則根據(jù)時(shí)間影響函數(shù)，計(jì)算該開(kāi)采單元的時(shí)間影響權(quán)值；最后生成 時(shí)空積分網(wǎng)格時(shí)間影響權(quán)值圖。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)時(shí)空積分網(wǎng)格的煤炭開(kāi)采沉陷動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)方法。本發(fā)明在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用自適應(yīng)法劃分時(shí)空積分網(wǎng)格，基于雙曲正切函數(shù)描述地表下沉過(guò)程，通過(guò)時(shí)空積分網(wǎng)格積分運(yùn)算，預(yù)測(cè)地表下沉值，模擬地表沉陷過(guò)程。該方法具有思路清晰，易于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)于礦區(qū)安全開(kāi)采及生態(tài)恢復(fù)等都具有十分重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104850911
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510273919
【發(fā)明人】陳秋計(jì)
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日