[发明专利]基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法

说明书

本发明针对厚松散矿区地表沉陷边界收敛缓慢而导致移动变形预计精度低的问题，提出了一种基于改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法，属于煤矿开采沉陷分析技术领域，该方法以2个不同重要影响半径的单元下沉盆地按一定比例的组合来表示单元下沉盆地，按照叠加原理建立了地表走向主断面、倾向主断面以及任意点的预计公式，并给出了求取参数的量子遗传算法。本发明相对于Boltzmann函数模型、概率积分法模型，无论是总的拟合效果还是边界处的拟合效果都更接近于现场实际，为厚松散层开采条件下协调井上下开采提供依据。

技术领域

本发明涉及煤矿开采沉陷分析技术领域，尤其涉及一种改进Boltzmann函数的开采沉陷预测方法。

背景技术

松散层为第四系与新近系地层，主要由土质、砂、砾石、卵石层等组成，一般认为，松散层厚度超过50m时称为厚松散层，在我国的华东大部分的煤田，如淮南、淮北、兖州、徐州、大屯等矿区，多为厚松散层覆盖矿区。地表开采沉陷实测资料表明，这些矿区存在地表移动范围更广、沉陷边界收敛缓慢、地表最大下沉值大于煤层采高等特殊现象，这些现象引起了专家和学者的关注。如何建立厚松散层开采条件下的高精度地表沉陷预计方法，对于准确获取地表移动范围边界，协调地下开采和保护地表建筑物的关系有着重要意义。

目前针对厚松散层矿区已有的沉陷预测模型主要有概率积分法及其修正模型、基于力学理论模型的方法和基于相关拟合函数的方法。韩奎峰(韩奎峰,康建荣.厚冲积层矿区概率积分法预计修正模型研究[J].湖北农业科学,2009,48(12):3003-3006.)根据淮南新矿区厚冲积层的特点利用地表实测数据以及淮南老矿区薄冲积层矿区开采沉陷预计结果，利用叠加理论建立概率积分法修正后的模型。任迎华(任迎华.概率积分法多项式修正模型研究[J].矿山测量,2018,46(02):65-67+79.)利用概率积分法预测结果与实测之差，建立差值与距离和采深比值的多项式关系，构建多项式修正补偿的概率积分法的多项式修正模型，取得了较好的效果；余华中(余华中,李德海,李明金.厚松散层下开采预计的概率积分法修正模型[J].焦作工学院学报(自然科学版),2004(04):255-257.)将煤层上覆岩层分为松散层和基岩两部分，基岩部分仍然用传统的概率积分法进行预计，并假定在基岩表面形成一个沉陷盆地，以此盆地作为一个变采厚的煤层，然后采用概率积分法预计地表形变，从而达到修正的目的。项正道(项正道.厚松散层下采煤塌陷预测研究[D].合肥工业大学,2015.)以弹性理论为基础建立基岩下沉计算模型，然后采用基岩下沉作为开采厚度对冲击层下沉进行预计，同时还考虑了含水冲击层失水对下沉产生的影响。徐平、周跃进等(徐平,周跃进,张敏霞,李佳伟,曹正正.厚松散层薄基岩充填开采覆岩裂隙发育分析[J].采矿与安全工程学报,2015,32(04):617-622.)以力学模型为基础，建立了厚冲击层薄基岩Winkler梁模型，分析了厚冲击层覆盖矿区充填开采裂隙发育规律。王宁(王宁,吴侃,刘锦,安士凯.基于Boltzmann函数的开采沉陷预测模型[J].煤炭学报,2013,38(08):1352-1356.)等提出基于Boltzmann函数建立了适用于厚冲击层条件的新的开采沉陷模型。

通过阅读文献和进行相关研究发现，已有的模型主要有以下不足：

(1)基于概率积分法及其修正模型方法中，多数改进模型参数多、参数意义不明确，且模型多为高度非线性函数，参数求取困难，求取结果并不理想，即边界收敛精度低；

(2)基于力学理论的预计方法，在推导过程中假设太多，模型参数选取困难，难以得到广泛应用；

(3)用户在使用bolthmann函数应用到相关矿区时发现，虽然在边界处Boltzmann拟合效果好，但是整体精度有时可能低于概率积分法预计模型。

因此厚松散层开采条件下更为成熟的预测模型尚未形成。

发明内容