[发明专利]一种采煤诱发的覆岩与地表沉陷协同动态预测方法

说明书

本发明涉及一种采煤诱发的覆岩与地表沉陷协同动态预测方法，包括矿区工作面地质参数采集，基于概率积分法预计参数确定，基于实测最大下沉点确定时间序列时间函数模型，地表移动变形终、动态预测及覆岩内部移动变形终、动态预测等五个步骤。本发明一方面系统构建结构简单，数据采集便捷且效率及精度高，可有效提高对地下资源抽采矿区覆岩各类复杂形变数据进行精确且连续预测；另一方面具有高效的数据计算能力，在提高对地下资源抽采矿区覆岩预测精度的同时，另可实现根据现有数据对矿区范围内任意位置覆岩形变、沉降趋势进行精确预判，提高了矿区沉降作业监控精度和效率的同时，另可为矿区建设规划及矿区后续修复及利用提供可靠的参考依据。

技术领域

本发明涉及一种地表沉陷动态预测方法，确切的说是一种采煤诱发的覆岩与地表沉陷协同动态预测方法。

背景技术

煤层等地下资源大量开采作业时及开采完成很长一段时间内，会导致岩层原始应力结构受到破坏，从而导致覆岩发生冒落、破断、弯曲下沉、断裂、离层、移动等形变，并因此引发地表发生塌陷、断裂、沉降等形变，对地表结构、地表上建筑、水体等造成严重的损伤破坏，对工农业生产、商业活动及日常生活造成了极大的影响和安全隐患，而针对这一问题，当前主要是通过采用传动的水准测量方法对沉降等情况进行连续预测，虽然可以一定程度满足使用的需要，但一方面存在监测效率低下，作业难度及成本高，另一方面监测作业仅能对发生沉降后的数据进行汇总，无法实现精确的矿区或地下资源开采范围整体沉降、形变等情况进行精确预判，因传统的水准测量方法在对矿区或地下资源开采范围地质结构变化及指导地表进行工农业生产建设等活动的作用较小，无法有效满足实际工作的需要。

因此针对这一现状，迫切需要一种覆岩与地表沉陷协同动态预测方法，以满足现场实际工作的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种采煤诱发的覆岩与地表沉陷协同动态预测方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种采煤诱发的覆岩与地表沉陷协同动态预测方法，包括以下步骤：

S1，矿区工作面地质参数采集，通过现场勘查及查阅原始地质勘查数据，获取研究矿区工作面概况；并对勘测数据进行汇总备用；

S2，基于概率积分法预计参数确定，根据S1步骤采集得到的各数据，首先基于概率积分法结合最小二乘原理拟合确定概率积分法预计参数；然后根据实测钻孔数据或通过数值模拟软件求取不同采深的下沉值，并将该数据结合覆岩内部与地表下沉系数关系函数，确定覆岩内部下沉影响因子n而得到覆岩与地表之间的下沉系数表达式：

q_z＝1-((H₀-z)/H₀)ⁿ(1-q)

式中，q为下沉系数，q_z为覆岩内部下沉系数，z为不同岩层水平，n为覆岩内部下沉影响因子；

S3，基于实测最大下沉点确定时间序列时间函数模型，根据S1实测各期下沉数据，以最大下沉点数据组成时间序列确定Logistic时间函数模型参数，其中以基于最小二乘法得到的Logistic参数模型为：

式中，Q为残差平方和，n为观测周期数，t_i为时间序列，w_m为最大下沉值，w_m(t_i)为时间序列对应的最大下沉值，x₀为地表下沉速度阻止系数；p为下沉速度增长因子；

S4，地表移动变形终、动态预测，将Logistic时间函数模型与概率积分法相结合，即可得到对采动影响下地表沉陷进行动态预计沉陷点任意时刻下沉函数模型：

其中：