本發(fā)明涉及預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形的方法，具體地說，涉及基于概率積分法的任意開采工作面地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

概率積分法是國內(nèi)常用的預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形的方法，是根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論而來，用概率積分來表示微小單元開采引起地表移動(dòng)變形的預(yù)計(jì)公式，從而用疊加原理計(jì)算出整個(gè)開采引起的地表移動(dòng)和變形。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于任意點(diǎn)地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)是三維的情況，需二重積分，對(duì)規(guī)則的矩形或者近似矩形區(qū)域預(yù)計(jì)方便，但對(duì)不規(guī)則開采區(qū)域計(jì)算困難，特別是形狀為凹圖形的開采區(qū)域。針對(duì)此問題，不同學(xué)者給出了不同計(jì)算機(jī)語言編寫的開采沉陷預(yù)計(jì)系統(tǒng)，部分系統(tǒng)計(jì)算方法只能預(yù)計(jì)規(guī)則圖形或者形狀為凸圖形的開采區(qū)域；另外部分系統(tǒng)采用三角積分的方法計(jì)算任意形狀開采區(qū)域地表移動(dòng)變形(即將開采區(qū)域劃分為三角形，采用直接積分的方法)，效果較好，但針對(duì)由于留設(shè)煤柱較多而使開采區(qū)域形狀為極不規(guī)則的凹圖形時(shí)計(jì)算困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供基于概率積分法的任意開采工作面地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)方法，該方法針對(duì)任意形狀的開采區(qū)域提出了采用向量積法處理開采區(qū)域，之后將處理后的開采區(qū)域沿走向劃分成若干個(gè)近似矩形的開采區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，累加得到整個(gè)開采區(qū)域地表移動(dòng)變形值的方法，并使用python語言程序化實(shí)現(xiàn)任意形狀開采區(qū)域地表移動(dòng)變形值的預(yù)計(jì)及二維、三維、云圖的繪制和計(jì)算數(shù)據(jù)文件輸出。

其具體技術(shù)方案為：

基于概率積分法的任意開采工作面地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1、對(duì)給定的任意開采區(qū)域角點(diǎn)坐標(biāo)記為(p₀,p₁,...p_i,...p_n)，p_i＝(x_i,y_i)；在給定的角點(diǎn)坐標(biāo)中找出縱坐標(biāo)最大的點(diǎn)，如果縱坐標(biāo)最大的點(diǎn)不止一個(gè)，再在縱坐標(biāo)最大點(diǎn)中找出橫坐標(biāo)最大的那個(gè)，這個(gè)點(diǎn)記為p_i，這個(gè)點(diǎn)一定是凸點(diǎn)；

步驟2、把上步找到的凸點(diǎn)和其前后相鄰兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)帶入下式，判斷正負(fù)；

(x_i-x_i-1)(y_i+1-y_i)-(x_i+1-x_i)(y_i-y_i-1)

在判斷其它點(diǎn)的凹凸性時(shí)都是把被判斷的點(diǎn)及前后兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)帶入上式，如果結(jié)果的正負(fù)性和上步找到的凸點(diǎn)正負(fù)性一樣即為凸點(diǎn)，否則為凹點(diǎn)；

步驟3、連接所有上步判定為凹點(diǎn)前后兩點(diǎn)坐標(biāo)，并記錄下凹點(diǎn)和相鄰兩點(diǎn)組成的三角圖形；隨后轉(zhuǎn)到第一步(此時(shí)上步判定的凹點(diǎn)已經(jīng)去掉)，直到圖形不存在凹點(diǎn)為止；

步驟4、將上述處理后為凸圖形開采區(qū)域和記錄下的三角圖形區(qū)域劃沿開采區(qū)域走向劃分成若干個(gè)類似小矩形的圖形并分別使用概率積分法預(yù)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，累加分別得到凸圖形開采區(qū)域和三角圖形區(qū)域的地表移動(dòng)變形值，相減即為最終開采區(qū)域的地表移動(dòng)變形值；

將上述過程使用python語言程序化，通過界面輸入不同礦井預(yù)計(jì)參數(shù)預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形。

進(jìn)一步，步驟1中所述的凸點(diǎn)是基于x分量或者y分量同類分量的最大或者最小值求得，即能找到多個(gè)凹點(diǎn)。

進(jìn)一步，在將處理后的圖形及補(bǔ)上的三角圖形沿開采區(qū)域走向劃分成若干個(gè)類似矩形的圖形前應(yīng)將圖形的坐標(biāo)進(jìn)行正轉(zhuǎn)換，之后進(jìn)行地表移動(dòng)變形值得求解，并將坐標(biāo)進(jìn)行反轉(zhuǎn)換，正反轉(zhuǎn)換公式如下：

(1)正轉(zhuǎn)換

式中：(x，y)----轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值；

(x′,y′)----轉(zhuǎn)換前的坐標(biāo)值；

----走向方位角。

(2)反轉(zhuǎn)換

進(jìn)一步，計(jì)算用到的參數(shù)有：下沉系數(shù)q；主要影響角正切tanβ；水平移動(dòng)系數(shù)b；煤層傾角α；預(yù)計(jì)方向角φ；開采影響傳播角θ；采深H；走向方位角

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明給出了一種構(gòu)思不同的任意開采區(qū)域地表移動(dòng)變形值計(jì)算方法，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。解決了形狀復(fù)雜開采區(qū)域地表移動(dòng)變形值的計(jì)算；提高了地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)精度；為地表構(gòu)筑物及地表破壞防治提供可靠依據(jù)，減少經(jīng)濟(jì)的損失及環(huán)境的破壞；使用方便，計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是任意開采區(qū)域示意圖；

圖2是經(jīng)向量積法處理后的任意開采區(qū)域示意圖；

圖3是經(jīng)坐標(biāo)正轉(zhuǎn)換及小矩形劃分的任意開采區(qū)域示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，開采區(qū)域存在一個(gè)凹點(diǎn)，煤層傾角α，走向方位角將圖1經(jīng)向量積分法處理后轉(zhuǎn)為圖2，圖2中已不存在凹點(diǎn)。將圖2中開采區(qū)域使用正轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為圖3所示，并劃分成如圖3所示小矩形若干個(gè)，計(jì)算地表移動(dòng)變形值，之后使用反轉(zhuǎn)換將所有計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過來。以上步驟經(jīng)python語言編程實(shí)現(xiàn)，并將最后計(jì)算的結(jié)果經(jīng)python語言的繪圖庫實(shí)現(xiàn)二維、三維及云圖的繪圖功能。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。