【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地表沉降时间计算，具体是一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法。
技术介绍
1、煤层开采引起的地表移动变形是一个复杂且漫长的过程，其延续时间可能持续几年甚至是十几年。大量研究表明，地表移动延续时间可分为初始期、活跃期和衰退期三个阶段，各阶段延续时间是评估地表移动变形稳定状态的关键指标。
2、准确预测三阶段的延续时间不仅对分析地表移动变形规律和地表移动剧烈程度评价具有重要意义，而且对煤层开采方式选择、工作面回采速度确定以及提前制定地表基础设施和生态环境保护措施具有重要参考价值。为此，各国的学者针对不同地层条件下煤层开采地表移动延续时间，建立了相应的预测模型，取得了一定的研究成果，但仍存在以下不足：
3、1、上述研究建立的地表移动延续时间计算模型基本上都是根据大量监测数据回归反演或实践经验给出的经验模型，该经验模型的精度较低。
4、2、目前国内外建立的模型均是计算地表移动变形期间总的延续时间，极少有地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间理论预测模型的相关研究；并且现有大多数研究都是结合现场实测数据，通过处理分析获得特定矿区工作面开采引起的地表移动三阶段延续时间。
5、3、煤层开采速度、平均采深和采高等参数对地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间的影响机制还不是十分明确，相关报道较少。
6、基于上述问题，目前在地表移动初始期、活跃期和衰退期的研究还有待深入。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，包括以下步骤：
4、s1、获取开采区的开采参数和地质参数；
5、s2、将开采参数和地质参数输入到改进的knothe时间模型中，计算出开采区的地表沉降量和地表沉降速度；
6、s3、根据地表沉降速度对地表沉降时间进行分区，分为初始期、活跃期和衰退期，并通过地表移动延续时间预测模型计算初始期、活跃期和衰退期对应的地表沉降时间。
7、作为本专利技术再进一步的方案：地表移动延续时间预测模型具体表示如下：
8、
9、
10、
11、
12、其中，t初始表示初始期的延续时间；t活跃表示活跃期的延续时间；t衰退表示衰退期的延续时间；t延续表示地表移动延续时间；s表示地表沉降速度阈值；c表示改进的knothe时间模型的模型参数；w0表示地表最大沉降量。
13、作为本专利技术再进一步的方案：改进的knothe时间模型的模型参数c的具体表示如下：
14、
15、其中，v表示煤层工作面的开采速度；h为煤层的平均采深；
16、地表最大沉降量w0的具体表示如下：
17、w0＝mqcosα
18、其中，m表示煤层的采高；q表示煤层的下沉系数；α为煤层的倾角。
19、作为本专利技术再进一步的方案：其特征在于，改进的knothe时间模型的具体表达式如下：
20、
21、其中，w(t)表示t时刻的地表沉降量。
22、作为本专利技术再进一步的方案：步骤s2的具体步骤如下：
23、s21、将开采参数和地质参数输入到改进的knothe时间模型的具体表达式中，计算出地表沉降量；
24、s22、对改进的knothe时间模型的具体表达式进行求导，以获得地表沉降速度表达式；
25、地表沉降速度表达式具体如下：
26、
27、其中，v(t)表示t时刻的地表沉降速度；
28、s23、将开采参数和地质参数输入到地表沉降速度表达式中，计算地表沉降速度。
29、作为本专利技术再进一步的方案：步骤s3的具体步骤如下：
30、s31、根据计算出的地表沉降速度，绘制地表沉降速度曲线图；
31、s32、观察地表沉降速度曲线图，并根据地表沉降速度曲线图中速度曲线变化的情况，设定沉降速度阈值，以将地表沉降时间分成初始期、活跃期和衰退期；
32、s33、将开采参数、地质参数和地表沉降时间阈值输入到地表移动延续时间预测模型中，计算出初始期、活跃期和衰退期对应的地表沉降时间。
33、作为本专利技术再进一步的方案：开采区的地质参数包括煤层的平均采深和煤层的采高；
34、开采区的开采参数包括：地表最大沉降量，煤层工作面的开采速度，以及煤层的倾角。
35、作为本专利技术再进一步的方案：将地表沉降量达到10mm作为初始期起始点；当地表沉降速度达到50mm/月或1.67mm/天时，初始期结束；当沉降速度大于50mm/月或1.67mm/天为活跃期；当沉降速度小于50mm/月或1.67mm/天，且连续6个月的地表累计沉降量小于30mm时为衰退期；初始期、活跃期和衰退期经历的时间总和为地表移动延续时间。
36、作为本专利技术再进一步的方案：所述地表沉降速度阈值s取值为1.67mm/天。
37、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
38、1、本专利技术通过将开采参数和地质参数输入到改进的knothe时间模型中，进而能够准确的计算出地表沉降速度。然后根据地表沉降速度对地表沉降时间进行分区，再通过地表移动延续时间预测模型准确的计算出初始期、活跃期和衰退期的延续时间。
39、2、基于改进的knothe时间模型，建立了地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间预测模型，该模型能综合考虑煤层采高、平均采深和煤层开采速度对地表移动三阶段延续时间的影响，以此提高计算的精准性。
40、3、采用地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间预测模型对10个矿区的地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间进行预测，结果表明预测结果与10个矿区现场监测结果基本吻合，初始期、活跃期和衰退期延续时间预测值与实测值的均方根误差分别为20.8d、14.9d和29.6d，验证了预测模型的精度。
41、4、地表移动初始期、活跃期、衰退期和整个地表移动延续时间均随煤层开采速度的增加而非线性减小，随平均采深的增加而线性增加，但地表移动初始期和衰退期随采高的增加而非线性减小，地表移动活跃期和整个地表移动延续时间随采高的增加而非线性增加。
42、5、煤层开采速度、平均采深和采高主要影响地表移动活跃期和整个地表移动延续时间，对初始期和衰退期的延续时间影响较小。
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1.一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，地表移动延续时间预测模型具体表示如下：
3.根据权利要求2所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，改进的Knothe时间模型的模型参数C的具体表示如下：
4.根据权利要求1或2或3所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，改进的Knothe时间模型的具体表达式如下：
5.根据权利要求4所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，开采区的地质参数包括煤层的平均采深和煤层的采高；
8.根据权利要求7所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，将地表沉降量达到10mm作为初始期起始点；当地表沉降速度达到50mm/
9.根据权利要求8所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，所述地表沉降速度阈值S取值为1.67mm/天。
...【技术特征摘要】
1.一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，地表移动延续时间预测模型具体表示如下：
3.根据权利要求2所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，改进的knothe时间模型的模型参数c的具体表示如下：
4.根据权利要求1或2或3所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，改进的knothe时间模型的具体表达式如下：
5.根据权利要求4所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，步骤s2的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种煤层开采地表动态沉降时间预测方法，其特征在于，步骤s3的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，程桦，姚直书，荣传新，蔡海兵，王晓健，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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