[發明專利]一種基于沉陷監測的煤礦采空區空間幾何特征精準識別方法

有效

• 申請號: 201810620287.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108763822B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 王磊;魏濤;蔣創;方蘇陽;李楠;池深深
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/00;G06N3/12;G06N10/60;G06F111/06
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

本發明涉及一種基于沉陷監測的煤礦采空區空間幾何特征精準識別方法,該方法首先定義了刻畫采煤矩形采空區空間幾何特征的8個參數為：m(采高)、α₀(煤層傾角)、(采空區走向方位角)、H(采空區中心采深)、D₃(采空區走向長)、D₁(采空區傾向長)、X₀(采空區中心平面X軸坐標)、Y₀(采空區中心平面Y軸坐標)；然后假設采煤地表沉陷形態符合概率積分法模型，在此基礎上，推導建立了采空區空間幾何特征參數關于地表移動與變形的觀測方程；最后基于所建立的采空區空間幾何特征參數的觀測方程，構建了采空區空間幾何特征參數的量子遺傳算法求解方法。本發明能夠較全面、詳細的識別采空區空間幾何特征，有效的提高了采空區空間幾何特征參數反演的準確性和穩定性。

技術領域

本發明涉及礦山變形監及控制領域，更具體地說是涉及一種基于沉陷監測的煤礦采空區空間幾何特征精準識別領域。

背景技術

煤炭開采后形成大量廢棄采空區，廢棄采空區一方面內部往往賦存著豐富的水、瓦斯、殘留煤柱資源以及的大量的可利用地下空間；另一方面廢棄老采空區地表可根據其地基穩定程度進行分級開發利用，比如對穩定的廢棄采空區地表可作為工程、建設地基開發利用，不穩定的采空區地表可開發為景觀用地等。但是如何實現將廢棄采空區資源變廢為寶、充分開發利用的前提條件是精準探測采空區的詳細賦存條件。

當前探測采空區主要采用地球物理勘探方法，主要技術有：高密度電阻率法，瞬變電磁法，地質雷達探測法等。然而常規地球物理探測采空區方法，一方面解譯精度依賴先驗知識的準確程度，另一方面尚不能精準反演采空區的詳細特征參數(比如煤層厚度、煤層傾角、采空區傾向方位角、采深、傾向長、走向長、采空區中心坐標)，上述缺陷極大的限制了廢棄采空區的開發利用。

概率積分法是我國較為成熟、應用最為廣泛的預計方法，也是“三下”采煤規程指定的開采沉陷預計方法。概率積分法模型反映的實質是特定參數的工作面開采與地表沉陷響應特征的關系，理論上如果能獲取地表歷史沉降場，可基于概率積分法模型通過非線性智能算法反演采空區特征參數。

現有技術文獻《Genetic Quantum Algorithm and its Application toCombinatorial Optimization Problem》一文對量子旋轉門作出了解釋。

當前雷達衛星具有豐富歷史存檔資料，技術上可利用D-InSAR(差分干涉測量)獲取開采沉陷歷史沉降場，這使得基于沉陷監測的煤礦采空區空間幾何特征參數識別在技術條件上具備可行性。

發明內容

本發明正是基于上述所要解決的技術問題，提出一種煤礦采空區空間幾何特征參數的地面測量識別方法，即以概率積分法為基礎，推導矩形采空區參數與地表沉陷的定量關系模型(將采空區參數作為待求參數，實測地表沉陷值視為已知量)，提出利用量子遺傳算法反演采空區空間幾何特征參數。并通過模擬實驗和工程應用開展可行性論證。

一種基于沉陷監測的煤礦采空區空間幾何特征精準識別方法，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、構建采空區特征參數B與地表沉陷的定量關系模型；

步驟S2、量子編碼和生成初始化種群；

步驟S3、確定所述采空區特征參數B的初始值B₀和約束值B_i，解碼并評價種群所有個體適應度，記錄最優個體作為種群進化的目標；

步驟S4、判斷是否滿足終止條件，若滿足，則輸出當前種群的最優個體；若不滿足，則進入下一步驟，其中，所述終止條件為，滿足精度要求或者達到最大遺傳迭代次數；

步驟S5、采用量子旋轉門，更新種群，形成新的種群后返回步驟S3。

優選的，所述步驟S1具體包括，矩形采空區參數與地表沉陷的定量關系模型的構建，內容如下：