一种基于Boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法及系统

本发明属于地表沉陷动态预计领域，具体涉及一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法及系统。

背景技术：

1、煤炭资源对促进我国经济发展有重要意义，但与此同时煤矿开采对环境造成不利影响。随着地下煤层被采出，煤层顶板、上覆岩层在影响范围内断裂、离层，最终影响到地表。若地表变形在开采某时刻达到了建(构)筑物极限承受值，则对地面人员和基础财产造成直接威胁。

2、针对煤矿开采对地表移动变形的最终下沉规律研究已无法满足工程实践中的实际问题。为深度把握各时期地表移动变形演化规律并准确掌握地表各关键点的动态变形情况，专家学者对开采沉陷随时间的变化过程展开了深入研究，该研究对掌握煤矿开采地表动态下沉的过程规律及保护地表建(构)筑物有重要意义。

3、实际工程经验表明煤矿地下开采造成的地表移动变形是复杂多变的时空过程，为使地表动态沉陷预计符合实际变化趋势，学者们根据地表形变规律建立时间函数模型以实现精准预计，国内外相关学者针对不同的时间函数模型进行了研究。

4、目前基于knothe时间函数模型的改进模型难免存在新增参数无意义、参数太多难以求取的问题。而其他的改进时间函数模型如logistic模型，weibull模型，bertalanffy模型等一定程度上提高了地表沉陷动态预计精度，但仍存在一定的不完善性，如物理意义不明确、参数求取不易等问题。除此之外，大多时间函数模型创新仅针对地表单点进行沉陷动态预计，对地表任意点沉陷的动态预计研究较少；同时预计单点沉陷的模型参数主要来源于对实测水准数据的反演，难以对暂无水准数据的地表点进行沉陷预计。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法及系统，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，包括以下步骤：

4、构建用于沉陷动态预计的boltzmann时间函数模型；

5、基于概率积分求取boltzmann时间函数模型中的最终下沉值a2、最大下沉速度出现时间t0以及下沉急缓程度系数b。

6、进一步地，所述boltzmann时间函数模型为：

7、

8、式中，w(t)为地表某点任意时刻的下沉值；t为开采起始时刻至预计时刻的时间间隔；t0代表最大下沉速度出现时间；b代表下沉急缓程度系数；a1和a2为影响起始下沉值和最终下沉值的参数。

9、进一步地，所述最终下沉值a2的计算式为：

10、

11、a2＝w(x,y)

12、式中，wmax为地表最大下沉值，m为煤层厚度；q为下沉系数；α为煤层倾角，l0为最终煤层回采走向长l1为矩形采区的倾向长度，s1、s2分别为走向左侧、走向右侧拐点偏移距，s3、s4分别为上山、下山方向拐点偏移距，θ为主要影响传播角，tanβ为主要影响角正切，h为平均采深，h1为下山方向采深，h2为上山方向采深，w0(x)是走向主断面上横坐标为x的点的下沉值，w0(y)是倾向主断面上纵坐标为y的点的下沉值，w(x,y)为开采引起的地表任意点的最终下沉值。

13、进一步地，所述最大下沉速度出现时间t0的计算式为：

14、

15、其中，d0代表工作面起动距，s′为出现最大下沉速度时的已回采距离，c为工作面平均回采速度。

16、进一步地，所述下沉急缓程度系数b的计算式为：

17、

18、式中，a2为影响最终下沉值的参数，vmax(x,y)为地表任意点最大下沉速度，p为覆岩岩性系数，c为工作面平均回采速度，w(x,y)为地表任意点下沉值，h为平均采深。

19、一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计系统，包括：

20、模型构建模块：构建用于沉陷动态预计的boltzmann时间函数模型；

21、以及，模型求解模块：基于概率积分求取boltzmann时间函数模型中的最终下沉值a2、最大下沉速度出现时间t0以及下沉急缓程度系数b。

22、一种计算机存储介质，存储有可读程序，当程序运行时，能够执行上述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法。

23、一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

24、所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法对应的操作。

25、一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行上述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法对应的操作。

26、本发明的有益效果：

27、1、本发明基于煤炭开采地表沉陷规律，建立了基于boltzmann函数的地表沉陷动态预计时间函数模型，形成了基于boltzmann时间函数的动态预计模型参数体系。该函数模型与实际沉降趋势匹配度较高，效果更好。

28、2、建立了沉陷盆地内任意点动态预计参数与地表最大下沉值、回采速度及覆岩岩性系数的相关关系，给出了地表任意点动态预计参数的计算方法，构建了融合bo l tzmann时间函数与概率积分法的沉陷盆地内任意点的地表沉陷动态预计模型，可实现沉陷盆地内任意点任意时间的地表沉陷预计。

技术特征：

1.一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，其特征在于，所述boltzmann时间函数模型为：

3.根据权利要求2所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，其特征在于，所述最终下沉值a2的计算式为：

4.根据权利要求3所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，其特征在于，所述最大下沉速度出现时间t0的计算式为：

5.根据权利要求4所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法，其特征在于，所述下沉急缓程度系数b的计算式为：

6.一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计系统，其特征在于，包括：

7.一种计算机存储介质，存储有可读程序，其特征在于，当程序运行时，能够执行权利要求1-5任一项所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法。

8.一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

9.一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行如权利要求1-5中任一所述的一种基于boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法对应的操作。

技术总结本发明公开一种基于Boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法及系统，属于地表沉陷动态预计领域；一种基于Boltzmann时间函数的地表沉陷动态预计方法包括：构建用于沉陷动态预计的Boltzmann时间函数模型；基于概率积分求取Boltzmann时间函数模型中的最终下沉值A<subgt;2</subgt;、最大下沉速度出现时间t<subgt;0</subgt;以及下沉急缓程度系数B；从而实现沉陷盆地内任意点任意时间的地表沉陷预计，为开采环境损伤的动态修复提供重要的理论支撑。技术研发人员：孙志豪,徐良骥,刘潇鹏,张坤,曹宗友,胡朋呈受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12