[发明专利]一种开采沉陷动态预计的新方法

说明书

本发明公开了一种开采沉陷动态预计的新方法，利用元胞自动机模型实现开采沉陷动态预计，实现开次沉陷演化过程的可视化表达。元胞空间由地表和地下煤层两部分构成，上下联动，动态反映沉陷演化过程。地表元胞的状态既与地下煤层邻域元胞的空间距离紧密相连，又受到其开采时间的影响。基于无因次化量值表示地表下沉，首先计算出每个地表元胞在给定时刻的无因次下沉值，进而得到整个元胞空间的无因次下沉量，然后可以分析倾斜、曲率、水平变形、水平移动等变形参数及变化速率。本发明利用元胞自动机模型实现开采沉陷动态预计，实现开次沉陷演化过程的可视化表达。

技术领域

本发明涉及煤矿区开采沉陷动态预计的一种新方法。

背景技术

煤炭资源开采沉陷导致了大量土地资源的破坏，严重影响了区域的可持续发展。损毁土地的复垦也成为当前迫切需要解决的问题。如果能在煤炭资源开采之前，提前掌握的损毁土地的相关信息，对于控制生态环境退化，制定复垦措施具有重要意义。开采沉陷预计是制定土地复垦的关键技术，但传统的预计方法都是基于地表移动稳定后的终止状态，无法反映变化过程对生态环境的损毁，造成结果评估与实际的差异，导致复垦措施的针对性不足。所以，动态沉陷预计成为“边开采边复垦”的关键技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种开采沉陷动态预计的新方法，利用元胞自动机模型实现开采沉陷动态预计，实现开次沉陷演化过程的可视化表达。

本发明的技术方案是，一种开采沉陷动态预计的新方法，其特征是具体包括以下步骤：

1、元胞空间的划分

将开采沉陷元胞空间划分为地表元胞空间和地下煤层元胞空间。两个元胞空间采用统一空间基准和单元尺寸，每个单元赋予一个编码，表示空间位置；

2、元胞状态的定义

(1)地表元胞状态定义

地表元胞所要表示的状态为反映开采沉陷预计参数的相关变量，是一个变量集合；

式中，表示t时刻，地表元胞S_i,j的无因次下沉值；表示t时刻，地表元胞S_i,j的下沉值；W_max表示地表最大下沉值；

(2)地下煤层元胞状态定义

地下煤层元胞状态反映的是地下煤层随开采工作面推进而对地表元胞沉陷的作用值，采用如下公式进行表示：

式中,表示给定时刻t煤层元胞C_i,j的状态；t_c表示煤层元胞C_i,j设定的开采时刻；t₀表示时间作用距,根据工作面推进速度和主要影响半径进行计算，见如下公式：

t₀＝r/v   (3)

式中，v为工作面推进速度,m/d；r为主要影响半径,m；x为时间距的无因次化，采用如下公式：

x＝(t-t_c)/t₀   (4)

(3)邻域定义

根据开采沉陷理论，地下单元煤层的开采，对地表的影响位于一定范围之内，即主要影响半径(r)，结合元胞大小，根据下式确定影响地表元胞的地下煤层元胞空间邻域阶数；

k＝1.5*r/d   (5)

式中，k为影响地表元胞的地下煤层邻域元胞的阶数；r为煤层开采影响半径，d为单元尺寸；

邻域元胞与中心元胞的距离越近，其影响越大，采用下式进行表达：