一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法，包括以下步骤为：S1、构建拟合函数；S2、求取拟合参数；S3、拟合效果评价；S4、根据拟合效果，采用该拟合函数预测煤层在后续开采过程中地表的下沉量，也可采用该拟合函数预测相似开采条件下的地表下沉量。本发明专利技术为煤矿开采现场地表沉陷观测技术人员提供一种简单的可操作的数据处理方法，即通过前期少量的观测数据进行曲线拟合求取参数，进而预测出最大下沉量、计算出最大下沉速度及对应的时间点。运用该方法可在减少煤层开采现场的观测工作量情况下，对地表采动损坏情况作出预测和评价。

A method of fitting and predicting the sequence curve of surface subsidence in long wall coal mining

【技术实现步骤摘要】
一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法
本专利技术涉及煤矿开采
，具体涉及一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法。
技术介绍
对煤矿区地表进行沉陷观测是矿山测量的主要工作之一，下沉量是最容易观测的数据，曲线拟合及分析是最常用的数据处理方法。曲线拟合是指选择适当的数学函数逼近离散数据，进而确定观测数据与观测间隔(观测时间或频次)之间的关系，最常用的方法是最小二乘法回归分析。用拟合函数表达下沉量与时间的关系及变化趋势，在拟合精度较高的情况下，可用于预测未来时间里发生的下沉变形量，也可进行相似条件下的类比分析。大量实测研究认为先加速后减速的变速下沉是地表下沉过程最显著的特征，下沉量随观测时间的增加大致呈现前小后大的“S”型有限增长曲线。对一组观测数据进行曲线拟合，有两点必须认真考虑：一是选择的拟合函数本身能表达曲线的特征；二是函数形式简单、参数数量适中，便于求取参数和实际应用。现有的技术及不足分析如下：1.早在1952年波兰学者Knothe提出了地表下沉观测量序列的拟合函数，由该函数求出的速度和加速度函数均为单调递减函数，在t＝0时，速度和加速度最大，表示地表开始就从最大速度ac和最大加速度-ac2减速下沉，这显然不符合实际，无法准确的表达深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线的特征，也无法对未来的下沉趋势做出预测，无实用价值。2.常占强、张兵等提出了分段knothe时间函数模型。分析认为拟合函数本身为唯象模型，用分段函数拟合法事先确定最大下沉速度及对应的时间点本就困难，即便可根据全过程观测数据获得的最大下沉速度进行分段建模，但这样的模型无法通过前段的观测数据通过曲线拟合而预测未来的发展趋势，因此该函数没有实用价值3.王正帅提出了命名为Richards的时间函数，认为其能较好地拟合下沉量时间序列，也能描述地表下沉先加速后减速的过程。但分析认为，Richards函数实质为负指数有限增长函数，除多增加一个参数b1使得数学形式更复杂外，其实质与weibull函数无多大区别，从曲线拟合角度认为多增加参数使得数学形式复杂反而使得参数的拟合结果因参数之间的相互影响而离散性增大，参数的增加使得各参数所体现的功能变得更加模糊，因此不能很好是拟合深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线，而且由于公式复杂，煤矿现场技术人员不能很方便的应用，无实用价值，难以在实际中推广和应用。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种适用于深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线的拟合函数及后续下沉量的预测方法，旨在解决
技术介绍
中提到的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法，包括以下步骤：S1、构建拟合函数：因深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线可分为3个阶段，即地表下沉的初始阶段、发展阶段和衰减阶段，在初始时刻下沉量为0，在终止时刻下沉量趋于稳定值；下沉速度在初始时刻和终止时刻都为0，但在整个下沉过程中有一个速度最大的时刻，速度曲线并不对称；下沉加速度在初始和终止时刻都为0，在中间过程速度最大的时刻为0，在整个下沉过程的前期和后期分别有一个加速度正的最大时刻和负的最大时刻，根据牛顿力学，变速运动是由变加速度控制，在以观测时间为自变量的下沉量函数中，表现为时间变量的非线性变化，因此构建一个符合此特征的函数作为观测量下沉曲线的和你函数，则下沉速度函数为下沉加速度函数为式中：t可为观察时间累加量，也可为观察频次的，wm预测的最大下沉量，c和b为待定参数。S2、求取拟合参数：对进行线性化处理，得：Y＝A-BX，其中，A＝lnc，B＝b，X＝lnt，经线性化处理后，可用最小二乘法一元线性回归分析很容易计算出拟合参数b和c；S3、拟合效果评价：求取待定参数b和c后，将拟合函数计算出的数据与实测数据进行对比分析，评价拟合精度和效果，计算数据与观察数据之间的对比曲线图可用常用的EXCEL软件或者MATLAB软件绘制；S4、实际应用：求取参数后代入和预测出未来时间内的下沉趋势，计算最大下沉量、最大下沉速度及对应的时间点。本专利技术的有益效果在于：(1)为煤矿开采现场地表沉陷观测技术人员提供一种简单的可操作的数据处理方法，即通过前期少量的观测数据进行曲线拟合求取参数，进而预测出最大下沉量、计算出最大下沉速度及对应的时间点。(2)运用该方法可在减少煤层开采现场的观测工作量情况下，对地表采动损坏情况作出预测和评价。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法的实例效果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1、图2所示，一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法，包括以下步骤：S1、在煤矿现在进行地表沉陷观测，获取一定量的观测数据；例如在某煤矿开采过程中，在其煤层上方地表设沉陷观测点，观测得到的地表下沉量时间序列见表1，表1拟合函数计算下沉量与实测下沉量对比表S2、用函数对观测到的数据进行曲线拟合，求取参数。首先对进行线性化处理，得Y＝A-BX，其中A＝lnc、B＝b、X＝lnt，经线性化处理后，用最小二乘法一元线性回归分析计算出拟合参数b为2.13，c为2243776。S3、拟合效果评价：用该拟合函数计算的下沉量与实测下沉量对见图2和表1。实测与计算下沉量之间的相关系数高达0.9968，说明残差小，可见拟合效果好；S4、实际应用：将参数b为2.13，c为2243776代入和预测出未来时间内的下沉趋势，计算最大下沉量为468.7mm、计算出的最大下沉速度为1.68mm/d，对应的时间594.3d。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建拟合函数：因深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线可分为3个阶段，即地表下沉的初始阶段、发展阶段和衰减阶段，在初始时刻下沉量为0，在终止时刻下沉量趋于稳定值；下沉速度在初始时刻和终止时刻都为0，但在整个下沉过程中有一个速度最大的时刻，速度曲线并不对称；下沉加速度在初始和终止时刻都为0，在中间过程速度最大的时刻为0，在整个下沉过程的前期和后期分别有一个加速度正的最大时刻和负的最大时刻，根据牛顿力学，变速运动是由变加速度控制，在以观测时间为自变量的下沉量函数中，表现为时间变量的非线性变化，因此构建一个符合此特征的函数

【技术特征摘要】
1.一种煤层长壁开采地表下沉量序列曲线的拟合及预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建拟合函数：因深埋煤层走向长壁开采引起的地表沉陷观测点下沉量序列曲线可分为3个阶段，即地表下沉的初始阶段、发展阶段和衰减阶段，在初始时刻下沉量为0，在终止时刻下沉量趋于稳定值；下沉速度在初始时刻和终止时刻都为0，但在整个下沉过程中有一个速度最大的时刻，速度曲线并不对称；下沉加速度在初始和终止时刻都为0，在中间过程速度最大的时刻为0，在整个下沉过程的前期和后期分别有一个加速度正的最大时刻和负的最大时刻，根据牛顿力学，变速运动是由变加速度控制，在以观测时间为自变量的下沉量函数中，表现为时间变量的非线性变化，因此构建一个符合此特征的函数作为观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉成，
申请(专利权)人：贵州工程应用技术学院，
类型：发明
国别省市：贵州;52