CN106446379A - 基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，该方法针对任意形状的开采区域提出了采用向量积法处理开采区域，之后将处理后的开采区域沿走向划分成若干个近似矩形的开采区域进行计算，累加得到整个开采区域地表移动变形值的方法，并使用python语言程序化实现任意形状开采区域地表移动变形值的预计及二维、三维、云图的绘制和计算数据文件输出。本发明给出了一种构思不同的任意开采区域地表移动变形值计算方法，并借助计算机技术实现。解决了形状复杂开采区域地表移动变形值的计算；提高了地表移动变形预计精度；为地表构筑物及地表破坏防治提供可靠依据，减少经济的损失及环境的破坏；使用方便，计算速度快等优点。

Description

基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法
技术领域
本发明涉及预计地表移动变形的方法，具体地说，涉及基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法。
背景技术
概率积分法是国内常用的预计地表移动变形的方法，是根据随机介质理论而来，用概率积分来表示微小单元开采引起地表移动变形的预计公式，从而用叠加原理计算出整个开采引起的地表移动和变形。在实际应用过程中，由于任意点地表移动变形预计是三维的情况，需二重积分，对规则的矩形或者近似矩形区域预计方便，但对不规则开采区域计算困难，特别是形状为凹图形的开采区域。针对此问题，不同学者给出了不同计算机语言编写的开采沉陷预计系统，部分系统计算方法只能预计规则图形或者形状为凸图形的开采区域；另外部分系统采用三角积分的方法计算任意形状开采区域地表移动变形(即将开采区域划分为三角形，采用直接积分的方法)，效果较好，但针对由于留设煤柱较多而使开采区域形状为极不规则的凹图形时计算困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，该方法针对任意形状的开采区域提出了采用向量积法处理开采区域，之后将处理后的开采区域沿走向划分成若干个近似矩形的开采区域进行计算，累加得到整个开采区域地表移动变形值的方法，并使用python语言程序化实现任意形状开采区域地表移动变形值的预计及二维、三维、云图的绘制和计算数据文件输出。
其具体技术方案为：
基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，包括以下步骤：
步骤1、对给定的任意开采区域角点坐标记为(p0,p1,...pi,...pn)，pi＝(xi,yi)；在给定的角点坐标中找出纵坐标最大的点，如果纵坐标最大的点不止一个，再在纵坐标最大点中找出横坐标最大的那个，这个点记为pi，这个点一定是凸点；
步骤2、把上步找到的凸点和其前后相邻两个点的坐标带入下式，判断正负；
(xi-xi-1)(yi+1-yi)-(xi+1-xi)(yi-yi-1)
在判断其它点的凹凸性时都是把被判断的点及前后两个点的坐标带入上式，如果结果的正负性和上步找到的凸点正负性一样即为凸点，否则为凹点；
步骤3、连接所有上步判定为凹点前后两点坐标，并记录下凹点和相邻两点组成的三角图形；随后转到第一步(此时上步判定的凹点已经去掉)，直到图形不存在凹点为止；
步骤4、将上述处理后为凸图形开采区域和记录下的三角图形区域划沿开采区域走向划分成若干个类似小矩形的图形并分别使用概率积分法预计公式进行计算，累加分别得到凸图形开采区域和三角图形区域的地表移动变形值，相减即为最终开采区域的地表移动变形值；
将上述过程使用python语言程序化，通过界面输入不同矿井预计参数预计地表移动变形。
进一步，步骤1中所述的凸点是基于x分量或者y分量同类分量的最大或者最小值求得，即能找到多个凹点。
进一步，在将处理后的图形及补上的三角图形沿开采区域走向划分成若干个类似矩形的图形前应将图形的坐标进行正转换，之后进行地表移动变形值得求解，并将坐标进行反转换，正反转换公式如下：
(1)正转换
式中：(x，y)----转换后的坐标值；
(x′,y′)----转换前的坐标值；
----走向方位角。
(2)反转换
进一步，计算用到的参数有：下沉系数q；主要影响角正切tanβ；水平移动系数b；煤层倾角α；预计方向角φ；开采影响传播角θ；采深H；走向方位角
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明给出了一种构思不同的任意开采区域地表移动变形值计算方法，并借助计算机技术实现。解决了形状复杂开采区域地表移动变形值的计算；提高了地表移动变形预计精度；为地表构筑物及地表破坏防治提供可靠依据，减少经济的损失及环境的破坏；使用方便，计算速度快等优点。
附图说明
图1是任意开采区域示意图；
图2是经向量积法处理后的任意开采区域示意图；
图3是经坐标正转换及小矩形划分的任意开采区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，开采区域存在一个凹点，煤层倾角α，走向方位角将图1经向量积分法处理后转为图2，图2中已不存在凹点。将图2中开采区域使用正转换公式转换为图3所示，并划分成如图3所示小矩形若干个，计算地表移动变形值，之后使用反转换将所有计算点的坐标转换过来。以上步骤经python语言编程实现，并将最后计算的结果经python语言的绘图库实现二维、三维及云图的绘图功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对给定的任意开采区域角点坐标记为(p0,p1,...pi,...pn)，pi＝(xi,yi)；在给定的角点坐标中找出纵坐标最大的点，如果纵坐标最大的点不止一个，再在纵坐标最大点中找出横坐标最大的那个，这个点记为pi，这个点一定是凸点；
步骤2、把上步找到的凸点和其前后相邻两个点的坐标带入下式，判断正负；
(xi-xi-1)(yi+1-yi)-(xi+1-xi)(yi-yi-1)
在判断其它点的凹凸性时都是把被判断的点及前后两个点的坐标带入上式，如果结果的正负性和上步找到的凸点正负性一样即为凸点，否则为凹点；
步骤3、连接所有上步判定为凹点前后两点坐标，并记录下凹点和相邻两点组成的三角图形；随后转到第一步(此时上步判定的凹点已经去掉)，直到图形不存在凹点为止；
步骤4、将上述处理后为凸图形开采区域和记录下的三角图形区域划分成若干个类似矩形的图形并分别使用概率积分法预计公式进行计算，累加分别得到凸图形开采区域和三角图形区域的地表移动变形值，相减即为最终开采区域的地表移动变形值；
将上述过程使用python语言程序化，通过界面输入不同矿井预计参数预计地表移动变形。
2.根据权利要求1所述的基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，其特征在于，步骤1中所述的凸点是基于x分量或者y分量同类分量的最大或者最小值求得，即能找到多个凹点。
3.根据权利要求1所述的基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法，其特征在于，在将处理后的图形及补上的三角图形沿开采区域走向划分成若干个类似矩形的图形前应将图形的坐标进行正转换，之后进行地表移动变形值得求解，并将坐标进行反转换，正反转换公式如下：
(1)正转换
式中：(x，y)----转换后的坐标值；
(x′,y′)----转换前的坐标值；
----走向方位角；
(2)反转换
计算用到的参数有：下沉系数q；主要影响角正切tanβ；水平移动系数b；煤层倾角α；预计方向角φ；开采影响传播角θ；采深H；走向方位角
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