[发明专利]面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法

说明书

一种基于加权反演的数值模拟力学参数校准方法。适用于矿区地表沉陷数值模型建立、校准及地表沉陷动态预计研究使用。其步骤为：建立初始数值模型；利用遗传算法分别反演适用于非充分采动和充分采动情况下数值模型静态岩体力学参数；确定不同采动程度下岩体力学参数对评价指标的权重；根据非充分采动和充分采动情况下模型静态岩体力学参数及不同采动程度下岩体力学参数的权重，通过加权反演方法，获得面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数。其步骤简单，兼顾煤矿开采的时空特点，克服了常规反演得到的数值模型岩体力学参数难以满足地表沉陷动态预计的需求，同时解决了常规数值模型岩体力学参数校准的问题，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采数值模型岩土力学参数反演方法，尤其适用于地表沉陷动态预计的煤矿开采数值模型岩体力学参数加权反演方法。

技术背景

地下煤矿开采引起的地表沉陷在世界各矿区普遍存在。地表沉陷可能会导致地面建筑物损坏。为了保护地面建筑物，必须准确预测地面沉陷，使建筑物的损害程度小于其抗变形能力，从而合理设计地下开采。

考虑到采矿活动是一个时空过程，地表动态移动与变形对地面建筑物的影响可能更为显著。由于采动影响下地表动态移动与变形和工作面地质采矿条件、开采方式、工作面推进速度及开采时间有关，准确预测地表动态移动与变形是一件极其困难的事。部分学者围绕地表动态移动与变形预测开展了探索性研究，提出了多种时间影响函数模型。Knothe提出了用于地表变形动态预计的Knothe函数，这也是目前应用最广泛的地表动态移动与变形预测方法。俄罗斯A.A.Baryakh等建立了考虑时间因素的动态地表沉陷预计方法；刘玉成利用数学分析方法改进了Knothe时间函数，可求出沉陷速度最大的时间；徐洪钟针对Knothe时间函数描述的不足，提出了基于Logistic增长模型的时间函数；但目前大多数地表沉陷动态预测模型处在理论研究阶段，没有较多或较好的工程实例支撑。

随着计算机技术和现代力学理论的不断发展，数值模拟方法因能较为全面考虑矿区地质情况，越来越广泛的被用于地表沉陷预计。例如，Xu利用a 3-D finite differencemethod预测WUTONG mine开采地表沉陷；Vyazmensky利用等效连续体和混合方法实现了对地表沉陷的预测；Guo采用数值模拟方法研究了Wongawilli strip pillar的地表沉陷规律；Ma采用数值模拟方法研究了不同充填率下充填开采地表沉陷规律。但上述研究主要是关于开采稳定后的地表沉陷进行预测，而对于开采过程中地表动态移动与变形预测则鲜有研究。主要原因是由于选取的岩体力学参数难以满足地表沉陷动态预计的需求。因此，目前缺少面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数反演方法。

发明内容

针对上述技术问题，提供了一种解决了现有数值模型用于地表沉陷动态预计精度较差的难题。对于数值模型的建立与校准、地表沉陷动态预计、地面建筑物保护等均具有重要的实际意义和应用价值的面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法。

为实现上述技术目的，本发明的面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立研究区域初始数值模型，包括区域地质采矿条件、工作面分布情况、地应力监测结果及室内岩体力学参数，利用FLAC3D建立要研究区域的初始模型；

步骤2：利用遗传算法和初始数值模型，反演得到适用于非充分采动情况下地表沉陷预计的静态岩体力学参数；

步骤3：利用不同采动程度下的地表移动与变形实测数据，并根据不同岩体力学参数设置反演过程中各力学参数的相应权重，从而得到面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数反演方法；

步骤4：结合不同采动程度下岩体力学参数的权重，利用加权反演方法，获取面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数，根据得到的不同采动程度下岩体力学参数值及相应的权重，利用上述计算公式可以计算得到面向地表沉陷动态预计的全局数值模型岩体力学参数。