[发明专利]一种地下开采引起矿区地表变形中短期预测方法

说明书

本发明涉及一种地下开采引起矿区地表变形中短期预测方法，属于地质灾害的预测技术领域。该方法首先利用现场监测获取地表变形参数，探究各个测点地表变形规律，对引起变形的岩层移动机理进行分析，进而划分地表变形的区域类型：变形累积区、裂缝产生区、裂缝闭合区和裂缝扩展区，然后根据地表变形发展到某个阶段，通过采用傅里叶拟合预测方法和灰色模型预测方法，并在此基础上再根据地表变形分区特征，对比两种方法在预测四个分区内变形的准确性，选择合适的预测方法对矿区目标区域进行预测。该方法预测变型更为准确，能够为矿区安全生产提供指导性建议。

技术领域

本发明属于地质灾害的预测预报技术领域，具体涉及一种地下开采引起矿区地表变形中短期预测方法。

背景技术

现阶段对于采矿引起的地表变形的预测方法主要有两大类：第一类为数值模拟计算，主要通过建立矿山地质模型，根据前期监测数据反算模型参数，然后通过对未来一定时期内的采矿计划来预测未来一定时期内地表变形。由于实际工程地质条件往往较为复杂，在数值模拟过程中往往对工程地质条件进行简化。加之，岩体参数的非均质性，从而导致第一类方法的模拟结果与实际监测结果误差较大。第二类为经验预测。经验预测主要分为两种：第一种为随机介质理论。该方法在煤矿生产过程中得到广泛应用。第二种方法为运用数学模型对实测数据进行分析、学习，获取模型中的参数，然后运用该模型对未来地表变形作短期预测。第二类预测方法往往忽视了现场的工程地质条件和采矿情况，并且缺乏严格的物理含义，因此该类方法的预测结果往往与实际监测结果相差较大。现阶段主要采用的模型有：神经网络、时间序列、灰色模型、遗传算法以及各种拟合函数。

地表不同分区是深部岩体变形破坏在地表的一种体现，也表明了地表变形发展到某个阶段。因为忽略地表变形的分区特征，而对整个矿区的变形采用同一种方法进行预测，是不科学的，也会给预测带来较大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下开采引起矿区地表变形中短期预测方法，实现对矿区地表沉陷的不同分区变形预测。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种地下开采引起矿区地表变形中短期预测方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)现场监测：对矿山地表进行位移监测，水平位移采用静态GPS测量，沉降位移采用国家二等水准测量，在监测的目标区域内，确定相应的水准测点和GPS测点；

(2)测点变形规律分析：根据每次GPS测点的坐标，以第一次的坐标作为初始值，计算GPS的累积水平变形值；根据每次水准测点的高程，以第一次的高程作为初始值，计算水准的累积沉降变形值；然后分别绘制累积水平变形值和累积沉降变形值随时间的变化曲线；

(3)岩层移动机理分析：根据累积水平变形值和累积沉降变形值随时间的变化曲线的形状，对测点进行分类，第一类测点的累积水平变形值和累积沉降变形值随时间呈波动型缓慢增加；第二类测点的累积水平变形值和累积沉降变形值随时间近似于呈直线增加；第三类测点的累积水平变形值和累积沉降变形值随时间近似于呈S型增加；第四类测点的累积水平变形值和累积沉降变形值随时间近似于呈折线型增加；

(4)地表变形分区：根据地下采矿引起地表变形的变化特征，将第一类测点所在的区域称为变形累积区；将第二类测点所在的区域称为裂缝产生区；将第三类测点所在的区域称为裂缝闭合区；将第四类测点所在的区域称为裂缝扩展区；

(5)选择合适方法预测矿区区域变形：对变形累积区、裂缝产生区、裂缝闭合区和裂缝扩展区的各测点分别采用傅里叶预测和灰色模型预测进行拟合，并对其精度进行对比，对比两种方法在预测四个分区内变形的准确性，再根据地表变形分区特征，选择合适的预测方法。

所述灰色模型预测包括下列步骤：

①得到的累计变形数据系列表示为