[发明专利]一种开采沉陷动态预计的新方法

摘要

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。

主权项

1.一种开采沉陷动态预计的新方法，其特征是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；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单元沉陷的作用值，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‑tc)/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：式中,表示邻域元胞C_i+m,j+n对中心元胞S_i,j的影响值；k为邻域阶数；(4)单元转换规则地下煤层状态演化相当于一个随着按照开采计划不断演化的系统，其元胞状态转换利用公式(2)进行表达，对于某给定的地表元胞S_i,j，其在(t+1)时刻的状态依赖煤层邻域元胞在(t+1)时刻的状态，公式表达如下：式中,表示地表元胞S_i,j在(t+1)时刻的状态；表示邻域元胞C_i+m,j+n对中心元胞S_i,j的影响值；表示邻域元胞C_i+m,j+n在t+1时刻的状态值；(5)演化时间单位不同的元胞自动机系统，时间单位可能不同，为了与采煤工作面的推进速度相一致，本方案中采用天为单位，即，每天系统更新一次；(6)全域变形计算计算出每个地表元胞空间在给定时刻的无因次下沉值后，进而得到整个元胞空间的无因次下沉量。根据相邻地表元胞空间的下沉值和元胞尺寸值，可以计算出不同方面倾斜变形以及曲率。在结合水平移动系数，可以计算出水平移动和水平变形。结合时间参数，进而可以分析变形速度。