本發(fā)明涉及地面沉降殘余變形預(yù)測(cè)，尤其適用于基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、由地下礦產(chǎn)開采引發(fā)的地面塌陷問(wèn)題一直是采礦工程、巖土工程、地球科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。隨著地下工作面開采不斷進(jìn)行，冒落帶、破碎帶、彎曲帶巖層變形傳遞到地表，進(jìn)而引發(fā)地表沉降變形。地表開采沉陷變形歷程可分為為兩個(gè)顯著不同的階段，即初期的劇烈變形期和后續(xù)的殘余沉降變形期。殘余沉降變形期發(fā)生在開采結(jié)束后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)。在殘余沉降變形期，地面將產(chǎn)生持續(xù)性的沉降變形，影響著土地復(fù)墾、生態(tài)修復(fù)、新建項(xiàng)目等土地再開發(fā)利用周期。因此，對(duì)開采沉陷殘余沉降變形進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)、有效防治和妥善處置，對(duì)于保障礦山安全生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、促進(jìn)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2、目前，學(xué)術(shù)界主要采用概率積分法、極限平衡法、有限元法研究開采沉陷殘余變形。但一方面，上述方法需要對(duì)上覆巖土體及開采工作面的三維模型進(jìn)行精細(xì)刻畫，需要綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖土特性、開采技術(shù)等多元變量的綜合性影響。另一方面，上述方法又是基于簡(jiǎn)化的力學(xué)模型和假設(shè)，未充分考慮實(shí)際地質(zhì)條件的非線性、各向異性等復(fù)雜性因素，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況有較大出入；同時(shí)，上述方法預(yù)測(cè)開采沉陷殘余變形很大程度上依賴于理論計(jì)算，其涉及的參數(shù)?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)定，如土體的壓縮系數(shù)、彈性模量、泊松比、地下水位變化等，本身受到測(cè)量誤差、場(chǎng)地特異性的影響，且在某些情況下難以準(zhǔn)確獲取。

3、進(jìn)一步隨著開采活動(dòng)的推進(jìn)，一些影響地表變形的關(guān)鍵因素可能出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致原有參數(shù)的有效性受到挑戰(zhàn)。而上述方法無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)獲取所有精確參數(shù)以進(jìn)行快速預(yù)測(cè)進(jìn)而阻礙了對(duì)地表沉降進(jìn)行及時(shí)、有效的預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，用于解決當(dāng)前地表開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)中模型復(fù)雜、需求參數(shù)多、預(yù)測(cè)精度低、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

3、本發(fā)明所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、s1，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)為單位，收集數(shù)據(jù)，包括地表劇烈變形期后的累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t和累計(jì)沉降量δ；

5、s2，建立對(duì)數(shù)函數(shù)模型，選擇一段連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)間區(qū)間的沉降量數(shù)據(jù)，利用非線性迭代算法，確定對(duì)數(shù)函數(shù)模型各項(xiàng)參數(shù)，得到預(yù)測(cè)模型即為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的殘余沉降變形量曲線；

6、s3，依據(jù)殘余沉降變形量曲線，確定任一累計(jì)檢測(cè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的累計(jì)沉降量；

7、s4，根據(jù)累計(jì)檢測(cè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的累計(jì)沉降量，得到殘余沉降變形速率曲線、殘余沉降變形加速度曲線。

8、進(jìn)一步地，所述累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t單位包括小時(shí)、天、周、月。

9、進(jìn)一步地，收集數(shù)據(jù)包括連續(xù)不低于三個(gè)月、12個(gè)以上地表劇烈變形期后的有效累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t和累計(jì)沉降量δ。

10、進(jìn)一步地，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前收集沉降數(shù)據(jù)用于s2的非線性迭代計(jì)算，實(shí)時(shí)更新模型參數(shù)，提高預(yù)測(cè)精度。

11、本發(fā)明所述的一種基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)，采用所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)錄入模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、模型計(jì)算模塊和輸出結(jié)果模塊；

12、所述數(shù)據(jù)錄入模塊用于導(dǎo)入保存地表劇烈變形期后的累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t和累計(jì)沉降量δ的txt文件；

13、所述參數(shù)設(shè)置模塊用于獲取預(yù)測(cè)系統(tǒng)起算日期、沉降量臨界指標(biāo)、參與模型計(jì)算的數(shù)據(jù)區(qū)間；

14、所述模型計(jì)算模塊基于參與模型計(jì)算的數(shù)據(jù)，利用非線性迭代算法確定對(duì)數(shù)函數(shù)模型參數(shù)；

15、所述輸出結(jié)果模塊根據(jù)所述對(duì)數(shù)函數(shù)模型和監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前收集的沉降數(shù)據(jù)，輸出監(jiān)測(cè)點(diǎn)殘余沉降變形量曲線、殘余沉降變形速率曲線、殘余沉降變形加速度曲線。

16、進(jìn)一步地，根據(jù)所述沉降量臨界指標(biāo)，輸出結(jié)果模塊輸出能標(biāo)識(shí)出從起算日期起，沉降量首次達(dá)到臨界指標(biāo)對(duì)應(yīng)的日期。

17、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)用非線性曲線擬合技術(shù)來(lái)捕捉和表達(dá)各類地表殘余沉降變形隨時(shí)間變化的復(fù)雜模式。且本發(fā)明的預(yù)測(cè)模型具備實(shí)時(shí)更新與校正能力，能夠根據(jù)最新采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)調(diào)整其內(nèi)部參數(shù)，確保所模擬的變形曲線緊密貼合實(shí)地觀測(cè)到的地面變形狀況，因而顯著提升了預(yù)測(cè)的精確度，使得模型能夠更加靈敏、準(zhǔn)確地反映開采過(guò)程中地表變形的實(shí)際演變過(guò)程，有效克服了傳統(tǒng)方法中模型參數(shù)實(shí)時(shí)性差導(dǎo)致的預(yù)測(cè)誤差問(wèn)題。本發(fā)明在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)殘余沉降量的高精度預(yù)測(cè)外還能精確預(yù)估殘余沉降變形首次達(dá)到設(shè)定閾值條件下的具體時(shí)間，實(shí)現(xiàn)時(shí)空雙重預(yù)測(cè)功能。

技術(shù)特征：

1.一種基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t單位包括小時(shí)、天、周、月。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，其特征在于：收集數(shù)據(jù)包括連續(xù)不低于三個(gè)月、12個(gè)以上地表劇烈變形期后的有效累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間t和累計(jì)沉降量δ。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，其特征在于：將監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前收集沉降數(shù)據(jù)用于s2的非線性迭代計(jì)算，實(shí)時(shí)更新模型參數(shù)，提高預(yù)測(cè)精度。

5.一種基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：采用權(quán)利要求1-4中任一所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)錄入模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、模型計(jì)算模塊和輸出結(jié)果模塊；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：根據(jù)所述沉降量臨界指標(biāo)，輸出結(jié)果模塊輸出能標(biāo)識(shí)出從起算日期起，沉降量首次達(dá)到臨界指標(biāo)對(duì)應(yīng)的日期。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于對(duì)數(shù)函數(shù)模型的開采沉陷殘余變形預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，運(yùn)用非線性曲線擬合技術(shù)來(lái)捕捉和表達(dá)各類地表殘余沉降變形隨時(shí)間變化的復(fù)雜模式。且本發(fā)明的預(yù)測(cè)模型具備實(shí)時(shí)更新與校正能力，能夠根據(jù)最新采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)調(diào)整其內(nèi)部參數(shù)，確保所模擬的變形曲線緊密貼合實(shí)地觀測(cè)到的地面變形狀況，因而顯著提升了預(yù)測(cè)的精確度，使得模型能夠更加靈敏、準(zhǔn)確地反映開采過(guò)程中地表變形的實(shí)際演變過(guò)程，有效克服了傳統(tǒng)方法中模型參數(shù)實(shí)時(shí)性差導(dǎo)致的預(yù)測(cè)誤差問(wèn)題。本發(fā)明在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)殘余沉降量的高精度預(yù)測(cè)外還能精確預(yù)估殘余沉降變形首次達(dá)到設(shè)定閾值條件下的具體時(shí)間，實(shí)現(xiàn)時(shí)空雙重預(yù)測(cè)功能。

技術(shù)研發(fā)人員：王宏飛,劉建磊,王保亮,楊國(guó)輝,高平,劉衛(wèi)南,馬冰,張濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6