A calibration method of numerical simulation mechanical parameters based on weighted inversion is presented. It is suitable for the establishment, calibration and dynamic prediction of surface subsidence in mining area. The steps are as follows: establishing the initial numerical model; inversing the static rock mechanics parameters of the numerical model under inadequate mining and full mining respectively by genetic algorithm; determining the weight of the rock mechanics parameters to the evaluation index under different mining degrees; establishing the static rock mechanics parameters of the model under inadequate mining and full mining conditions and rock mechanics parameters under different mining degrees. By weighted inversion method, rock mechanics parameters of numerical model for dynamic prediction of surface subsidence are obtained. The procedure is simple, taking into account the temporal and spatial characteristics of coal mining. It overcomes the difficulty of the rock mechanics parameters of the conventional inversion numerical model to meet the needs of dynamic prediction of surface subsidence. At the same time, it solves the problem of calibration of rock mechanics parameters of the conventional numerical model, and has a wide range of practicability.
【技术实现步骤摘要】
面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法
本专利技术涉及一种煤矿开采数值模型岩土力学参数反演方法,尤其适用于地表沉陷动态预计的煤矿开采数值模型岩体力学参数加权反演方法。技术背景地下煤矿开采引起的地表沉陷在世界各矿区普遍存在。地表沉陷可能会导致地面建筑物损坏。为了保护地面建筑物,必须准确预测地面沉陷,使建筑物的损害程度小于其抗变形能力,从而合理设计地下开采。考虑到采矿活动是一个时空过程,地表动态移动与变形对地面建筑物的影响可能更为显著。由于采动影响下地表动态移动与变形和工作面地质采矿条件、开采方式、工作面推进速度及开采时间有关,准确预测地表动态移动与变形是一件极其困难的事。部分学者围绕地表动态移动与变形预测开展了探索性研究,提出了多种时间影响函数模型。Knothe提出了用于地表变形动态预计的Knothe函数,这也是目前应用最广泛的地表动态移动与变形预测方法。俄罗斯A.A.Baryakh等建立了考虑时间因素的动态地表沉陷预计方法;刘玉成利用数学分析方法改进了Knothe时间函数,可求出沉陷速度最大的时间;徐洪钟针对Knothe时间函数描述的不足,提出了基于Logistic增长模型的时间函数;但目前大多数地表沉陷动态预测模型处在理论研究阶段,没有较多或较好的工程实例支撑。随着计算机技术和现代力学理论的不断发展,数值模拟方法因能较为全面考虑矿区地质情况,越来越广泛的被用于地表沉陷预计。例如,Xu利用a3-Dfinitedifferencemethod预测WUTONGmine开采地表沉陷;Vyazmensky利用等效连续体和混合方法实现了对地表沉陷 ...
【技术保护点】
1.一种面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法,其特征在于步骤如下:步骤1:建立研究区域初始数值模型,包括区域地质采矿条件、工作面分布情况、地应力监测结果及室内岩体力学参数,利用FLAC3D建立要研究区域的初始模型;步骤2:利用遗传算法和初始数值模型,反演得到适用于非充分采动情况下地表沉陷预计的静态岩体力学参数;步骤3:利用不同采动程度下的地表移动与变形实测数据,并根据不同岩体力学参数设置反演过程中各力学参数的相应权重,从而得到面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数反演方法;步骤4:结合不同采动程度下岩体力学参数的权重,利用加权反演方法,获取面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数,根据得到的不同采动程度下岩体力学参数值及相应的权重,利用上述计算公式可以计算得到面向地表沉陷动态预计的全局数值模型岩体力学参数。
【技术特征摘要】
1.一种面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法,其特征在于步骤如下:步骤1:建立研究区域初始数值模型,包括区域地质采矿条件、工作面分布情况、地应力监测结果及室内岩体力学参数,利用FLAC3D建立要研究区域的初始模型;步骤2:利用遗传算法和初始数值模型,反演得到适用于非充分采动情况下地表沉陷预计的静态岩体力学参数;步骤3:利用不同采动程度下的地表移动与变形实测数据,并根据不同岩体力学参数设置反演过程中各力学参数的相应权重,从而得到面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数反演方法;步骤4:结合不同采动程度下岩体力学参数的权重,利用加权反演方法,获取面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数,根据得到的不同采动程度下岩体力学参数值及相应的权重,利用上述计算公式可以计算得到面向地表沉陷动态预计的全局数值模型岩体力学参数。2.根据权利要求1所述的面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法,其特征在于建立研究区域初始数值模型具体步骤为:面向要进行地表沉陷动态预计的实验区域,收集研究区域地质采矿条件、工作面分布情况、地应力监测结果及室内岩体力学参数实验结果,根据获取的研究区域所有资料,利用FLAC3D建立要研究区域的初始模型,同时为了减小模型边界效应的影响,在模型边界预留1.4H的宽度,H为采深。3.根据权利要求1所述的面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数加权反演方法,其特征在于反演非充分采动和充分采动情况下数值模型静态岩体力学参数:开采沉陷领域通常用下沉、移动、倾斜、水平变形及曲率来评价地表移动与变形,参数反演时候可根据实际情况将地表下沉、移动、倾斜、水平变形及曲率作为评价指标,根据研究区域非充分采动情况下实测的地表下沉、水平移动、地表倾斜、水平变形及曲率等评价指标,利用遗传算法和上述FLAC3D建立的初始数值模型,反演得到适用于非充分采动情况下地表沉陷预计的静态岩体力学参数,岩体力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、内聚力和内摩擦角,其中弹性模量和泊松比称为岩体力学刚度参数,抗拉强度、内聚力和内摩擦角称为岩体力学强度参数,设上述得到弹性模量E1、泊松比P1、抗拉强度S1、内聚力C1和内摩擦角F1,同时根据研究区域充分采动情况下实测的地表下沉、水平移动、地表倾斜、水平变形及曲率的评价指标,利用遗传算法和上述FLACD建立的初始数值模型,反演得到适用于充分采动情况下地表沉陷动态预计的静态岩体力学参数,此时得到弹性模量E2、泊松比P2、抗拉强度S2、内聚力C2和内摩擦角F2。4.根据权利要求3所述的面向地表沉陷动态预计的数值模型岩体力学参数...
【专利技术属性】
技术研发人员:李怀展,郭广礼,查剑锋,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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