[发明专利]基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法

权利要求书

1.一种基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：基于Boltzmann函数构建地表移动盆地走向主断面的预测模型，将构建的预测模型的表达式拆分成两个不同重要影响半径的单元下沉盆地按一定比例系数P的组合，再按照叠加原理建立地表移动变形预计公式，构建得到基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测模型；

步骤S2：利用基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测模型，构建待测开采区域B(s,t)地表走向主断面、倾向主断面以及任意点A(x，y)的移动和变形预测模型；

步骤S3：求解步骤S2构建的预测模型中与地表移动盆地开采沉陷相关的参数；

所述步骤S1的基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测模型包括：

步骤S101：半无限开采引起的下沉值w(x)计算函数模型：

式中，w₀为最大下沉值，P是比例系数，R1和R2为主要影响半径；

步骤S102：半无限开采引起的倾斜值i(x)计算函数模型：

步骤S103：半无限开采引起的曲率值k(x)计算函数模型：

步骤S104：半无限开采走向主断面水平移动值u(x)计算函数模型：

式中，b为水平移动系数，B为常数；

步骤S105：半无限开采走向主断面水平变形值ε(x)计算函数模型：

所述步骤S2的构建待测开采区域B(s,t)中任意点A(x，y)的移动和变形预测模型的方法，包括以下步骤：

步骤S201：构建地表平面坐标系xOy和煤层坐标系tO₁s，设煤层相对于地表平面的煤层倾角为α，待测开采区域B(s,t)的宽度为D₃、长度为D₁、最大下沉值w₀；

步骤S202：根据改进Boltzmann函数模型构建地表移动盆地走向主断面开采沉陷预测模型，满足：

式中，w⁰(x)、i⁰(x)、k⁰(x)、u⁰(x)、ε⁰(x)分别为任意点A(x,y)在走向主断面的下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值，l₃为走向有限开采的计算长度,l₃＝D₃-s₃-s₄，s₃、s₄分别为左、右方向拐点偏移距；

步骤S203：根据改进Boltzmann函数模型构建地表移动盆地倾向主断面开采沉陷预测模型，满足：

式中，w⁰(y)、i⁰(y)、k⁰(y)、u⁰(y)、ε⁰(y)分别为任意点A(x,y)在走向主断面的下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值，l₁为倾向有限开采的计算长度，s₁、s₂分别为下山方向、上山方向拐点偏移距，θ₀为开采影响角；

步骤S204：构建地表移动盆地任意点A(x,y)的移动和变形预测模型，包括：

①构建地表移动盆地任意点A(x,y)的下沉值w(x,y)计算模型

式中，w₀＝mqcosα，m为煤层厚度，q为下沉系数；

②构建地表任意点A(x,y)沿预计方向角度的倾斜值计算模型

③构建地表任意点A(x,y)的曲率值计算模型

④构建地表任意点A(x,y)的水平移动值计算模型

⑤构建地表任意点A(x,y)的水平变形值计算模型

所述步骤S3中，利用量子遗传算法求解步骤S2构建的预测模型中与地表移动盆地开采沉陷相关的参数；

利用量子遗传算法求解预测模型中与地表移动盆地开采沉陷相关的参数，包括下沉系数q，比例系数P，水平移动系数b，开采影响角θ₀，拐点偏移距s₁、s₂、s₃、s₄，主要影响角正切tanβ1、tanβ2；

利用量子遗传算法求解预测模型中参数的方法，包括以下步骤：

步骤S301：确定量子遗传算法的适应度函数；

步骤S302：编码和种群的生成：根据地质采矿条件确定与地表移动盆地开采沉陷相关的参数的初值和范围，将确定的参数编码为量子遗传算法中的量子比特染色体，生成初始种群；

步骤S303：解码并计算适应度函数值；

将种群进行解码还原为相应的预计参数，计算出适应度函数的值，并记录当前种群最优个体的适应度值；

步骤S304：判断结果是否满足条件，模型中以拟合中误差和迭代次数作为判断条件，满足精度要求或达到最大遗传代数时，则解码输出当前种群的最优个体，即为最优反演参数；否则，执行步骤S305；

步骤S305：更新个体并计算适应度函数的值；

采用量子旋转门对个体实施调整，得到新的种群，并记录最优个体和其对应的适应度函数值；

步骤S306：迭代计算，重复步骤S302-S306，直至满足迭代终止条件；

步骤S307：最终解码得到最优的概率积分法参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法，其特征在于，所述步骤S301的量子遗传算法的适应度函数的确定方法为：假设实测下沉和水平移动值分别为Ws、Us，预测下沉值和水平移动值分别为Wi、Ui,则以预测值和观测值之差平方和最小为准则，得到适应度函数为：

f＝∑((W_s-W_i)²+(U_s-U_i)²)。