CN114202143A - 采空区安全性评估方法、装置以及存储介质 - Google Patents

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张仕硕
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王晋
饶邦政
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Abstract

本申请公开了一种采空区安全性评估方法、装置以及存储介质。其中，采空区安全性评估方法，包括：根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。

Description

采空区安全性评估方法、装置以及存储介质
技术领域
本申请涉及采空区安全性评估技术领域，特别是涉及一种采空区安全性评估方法、装置以及存储介质。
背景技术
我国是一个煤炭产出和消费大国，地下煤炭等矿产资源的开采，会导致覆岩及地表不同程度的破坏，其破坏程度取决于矿产的开采深度、采高、倾角、采矿方法、地质构造、覆岩岩性、及顶板支撑方法等多种因素的影响，不同的地质采矿条件对地表沉陷破坏程度差异很大。多层煤矿采空区相对于一般采空区更是多了很多不确定因素，其安全稳定评估更加困难。并且随着城镇化进程、矿区城市的转型发展对废弃煤炭的土地建设和生态利用的需求越来越大，目前山西、山东、安徽、江苏、河南、河北等城市都将采空塌陷区纳入了城市建设用地规划。因此，采空区稳定性评估的研究对于我国新型城镇化建设中采空区上方城乡规划、基础设施、公共服务等一体化建设有着重要的应用价值。目前现有的采空区安全评价方法，多数为采空区监测设备、监测系统的研究。其研究主要针对正在开采的矿区，存在评价标准单一、评价方法比较落后无法精准评估采空区安全性的技术问题。
针对上述的现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本公开的实施例提供了一种采空区安全性评估方法、装置以及存储介质，以至少解决现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种采空区安全性评估方法，包括：根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
根据本公开实施例的另一个方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时由处理器执行以上任意一项所述的方法。
根据本公开实施例的另一个方面，还提供了一种采空区安全性评估装置，包括：第一确定模块，用于根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；第二确定模块，用于根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及第三确定模块，用于根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
根据本公开实施例的另一个方面，还提供了一种采空区安全性评估装置，包括：处理器；以及存储器，与处理器连接，用于为处理器提供处理以下处理步骤的指令：根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
在本公开实施例中，监测施工工程前期施工期间的采空区当前地表变形曲线，得到施工工程对采空区地表变形的影响。然后通过实地勘探采集采空区的多组岩石的岩石物理参数，通过对当前地表变形曲线和多组岩石物理参数进行反演，得到对采空区未来一定时间段内的预测地表变形曲线。从而通过预测地表变形曲线直观得出采空区未来预定时间段的安全性评价等级，达到准确评估采空区安全性的技术效果。进而现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是用于实现根据本公开实施例1所述的方法的计算设备的硬件结构框图；
图2是根据本公开实施例1的第一个方面所述的采空区安全性评估方法的流程示意图；
图3是根据本公开实施例1的第1个方面所述的采空区地表变形曲线的示意图；
图4是根据本公开实施例2的第一个方面所述的采空区安全性评估模块的示意图；
图5是根据本公开实施例2所述的采空区安全性评估装置的示意图；
图6是根据本公开实施例3所述的采空区安全性评估装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本实施例，提供了一种采空区安全性评估方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、服务器或者类似的计算设备中执行。图1示出了一种用于实现采空区安全性评估方法的计算设备的硬件结构框图。如图1所示，计算设备可以包括一个或多个处理器(处理器可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器、以及用于通信功能的传输装置。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为I/O接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算设备还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
应当注意到的是上述一个或多个处理器和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算设备中的其他元件中的任意一个内。如本公开实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
存储器可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本公开实施例中的采空区安全性评估方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器通过运行存储在存储器内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的采空区安全性评估方法。存储器可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算设备的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可使得用户能够与计算设备的用户界面进行交互。
此处需要说明的是，在一些可选实施例中，上述图1所示的计算设备可以包括硬件元件(包括电路)、软件元件(包括存储在计算机可读介质上的计算机代码)、或硬件元件和软件元件两者的结合。应当指出的是，图1仅为特定具体实例的一个实例，并且旨在示出可存在于上述计算设备中的部件的类型。
根据本实施例的第一个方面，提供了一种采空区安全性评估方法。图2示出了该方法的流程示意图，参考图2所示，该方法包括：
S202：根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；
S204：根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及
S206：根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
正如背景技术中所述的，采空区稳定性评估的研究对于我国新型城镇化建设中采空区上方城乡规划、基础设施、公共服务等一体化建设有着重要的应用价值。目前现有的采空区安全评价方法，多数为采空区监测设备、监测系统的研究。其研究主要针对正在开采的矿区，存在评价标准单一、评价方法比较落后无法精准评估采空区安全性的技术问题。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种采空区安全性评估方法，当需要在采空区进行工程施工的情况下，需要对采空区的安全性进行评估，从而保证施工的安全性，首先计算设备可以根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线(S202)。
具体地，参考图3所示，采空区的上方开始施工的情况下，可以对采空区建立地表监测网络，从而监测采空区的地表变形情况。例如可以采集施工一年内(此处不限于一年，根据采空区的情况而定)的监测数据，然后计算设备可以会根据监测数据进行分析，得到采空区施工一年期间的地表变形曲线，即当前地表变形曲线(图3中的曲线B)。从而通过上述方式，可以得到采空区施工预定时间内的当前地表变形曲线，进而可以充分了解施工对采空区的地表变形影响情况。
进一步地，根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线(S204)。然后计算设备而可以根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级(S206)。
具体地，参考图3所示，勘探人员可以预先采集采空区附近岩石的岩石物理参数，根据岩石的物理参数分析采空区的地质情况。然后计算设备对采集的多组岩石物理参数以及当前地表变形曲线进行反演，预测采空区未来一段时间内的预测地表变形曲线(图3中的曲线C)。施工人员可以通过预测地表变形曲线，直观的得到采空区进行施工的安全性评级等级。从而通过上述方式，综合多种因素得到预测地表变形曲线，从而多方面评价采空区未来一段时间内施工工程的安全性，达到为施工工程提供安全性参考的效果。
从而通过上述方式，监测施工工程前期施工期间的采空区当前地表变形曲线，得到施工工程对采空区地表变形的影响。然后实地勘探采集采空区的多组岩石的岩石物理参数，通过对当前地表变形曲线和多组岩石物理参数进行反演，得到对采空区未来一定时间段内的预测地表变形曲线。从而通过预测地表变形曲线直观得出采空区未来预定时间段的安全性评价等级，达到准确评估采空区安全性的技术效果。进而现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
可选地，在对建设工程进行施工之前，还包括：根据采空区预定年限内的雷达数据，确定采空区的历史地表变形曲线；根据历史地表变形曲线，确定采空区的安全性评估结果；以及根据采空区的安全性评估结果，在采空区对建设工程进行施工。
具体地，勘探人员可以预先获取近年(例如五年、十年以及十五年等)的采空区的雷达数据(例如InSAR数据)，然后根据采空区的雷达数据综合分析采空区的地表历史沉降规律，进而得到采空区的历史地表变形曲线(图3中的曲线A)。从而施工人员可以根据历史地表变形曲线得到采空区的安全性评估结果。当采空区的安全性评估结果符合施工的条件的情况下，可以在采空区进行建设工程施工。从而通过上述方式，通过采空区近年来的数据，分析得到采空区的历史地表变形曲线，进而得到采空区的安全性评估结果。进而达到可以确定是否可以在采空区进行施工(例如建桥梁、开通隧道以及建设道路等工程)的技术效果。
可选地，对采空区建立地表监测网络的操作，包括：根据采空区和建设工程的位置关系，确定地表监测网络的监测位置；根据采空区的深度，确定地表监测网络的多个监测点之间的间距和观测周期，其中多个监测点的总长度大于采空区的地表移动变形范围；以及根据监测位置以及多个监测点，建立地表监测网络。
具体地，根据在建工程与采空区的位置关系，在地表布置监测点，通过GNSS技术建立自动化监测网络监测地表变形，持续监测地表变形一段时间，分析得到工程施工时的当前地表变形曲线B。观测点布置要求如下：
观测点平行和垂直路线布设，长度应大于采空区的地表移动变形范围。观测点间距和观测周期应根据采空深度而定，例如观测点间距10～50m，观测周期10～90d。
从而通过上述方式，在采空区建立地表监测网络，进而达到对地表变形进行监测的技术效果。
此外，1.对于桥梁来说，根据桥梁孔跨，可隔墩或逐墩在墩台位置上布置横向测线，每条测线宜布设5个点，其中墩台中心1个点，两侧15m各1个点，再向两侧对于隧道延伸30m各点，测线总长宜为90m,特殊情况可适当加密加长。
2.对于隧道来说，分离式隧道观测线宜沿隧道走向方向布置5条，其中左、右洞顶各1条，两洞之间1条，两洞外侧30m各1条，每条测线的第1个点及最后一个点应布设在两端口附近，其余测点均匀布设，点距应根据隧道长度控制在50～100m。对于采空区位于山腹，隧道埋深较大的工程来说，监测点位置可以不考虑山上，而着重考虑洞口的变形，加密监测点。
3.对于路基来说，当路基填、挖小于等于10m时，沿路线方向宜布设3条观测线，分别在路线中心及两侧坡脚或堑顶；当填、挖大于10m时，沿路线方向布5条观测线，分别在路线中心及两侧路肩、坡脚或堑顶。每条测线的第1个点及最后一个点应布设在采空区两端，其余测点均匀布设，点距不宜小于100m。
此外，监测点密度应根据现场实际情况来定，对于不便于搭设监测点的位置可以适当减少监测点，上述方案只做举例说明，举例布列根据实际情况而定。
可选地，根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：利用数值计算模型，根据多组物理参数，确定与多组物理参数分别对应的多组地表沉降变形曲线，其中物理参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力；根据当前地表变形曲线以及多组地表沉降变形曲线，确定有效岩石物理参数；以及根据当前地表变形曲线以及有效岩石物理参数，确定预测地表变形曲线。
具体地，勘探人员可以根据调查得到的岩石物理参数、当前地地表沉降曲线B等，然后通过神经网络进行参数反演，根据反演后的结果进行数值模拟计算得到地表将来可能的沉降变形曲线C。
具体反演步骤如下：
①根据试验测得的多组岩石物理参数带入3D数值计算模型(也可是其他计算软件)，计算的得到多组地表沉降曲线，将其视为样本。
②将样本代入神经网络模型进行反演，根据地表沉降变形曲线B拟合得到一组合理岩石物理参数，包括：弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力等。
③再将得到的物理力学参数带入FLAC 3D数值计算模型进行计算，比较计算结果是否趋向于地表沉降变形曲线B。
④如果计算结果与曲线B可拟合，则可用这组物理参数(即有效岩石物理参数)继续计算，最终得到地表将来可能的沉降变形曲线C。否则，继续反演。
从而通过上述方式，对采集的多组岩石物理参数以及当前地表变形曲线进行反演，得到预测地表变形曲线，进而从多方面进行采空区地表沉降进行预测，达到全方面评估采空区的安全性的技术效果。
可选地，根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：利用预先建立的采空区的三维模型，根据多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线，其中建立采空区的三维模型的数据包括：采空区的冒落带、裂隙带和缓慢下沉带的空间分布状况数据、断层的地质构造分布数据、岩石物理力学参数数据。
具体地，首先用户可以建立多层采空区的三维地质模型，根据地质调查得到拟建场地采空区“三带”，即“冒落带、裂隙带和缓慢下沉带”的空间分布情况、断层等地质构造分布、岩石物理力学参数等。通过数值模拟建设软件，结合采空区地质勘查数据建立采空区三维模型，模拟采空区地表沉降规律。从而通过勘探采空区的实际数据进行采空区三维建模，达到便于后续对采空区建立预测地表变形曲线的技术效果。
此外，勘探人员还可以根据已有的地质资料，看情况补充地质钻孔，对采空区的“三带”空间分布、地层组成、岩土层结构和产状、地层构造和地下水、岩石物理力学参数等进行研究。
可选地，根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级的操作，包括：根据预测地表变形曲线以及采空区公路设计与施工技术细则，确定采空区的安全性评价等级。
可选地，该方法还包括：根据采空区的安全性评价等级，确定建设工程的施工方案。
具体地，参考图3和表1所示，施工人员可以根据现有的采空区稳定性等级评价标准以及得到的采空区预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。从而为施工工程提供安全性评估结果。
当预测地表变形曲线在预定年限内安全稳定性结果符合标准的情况下，确定采空区建设该工程可以保证安全问题。并且根据采空区的安全性评价等级，确定建设工程的施工方案，例如确定施工的路线方向等。从而通过上述方式，预先评估采空区的安全性评价等级，达到保证施工工程的安全的效果。
表1采空区稳定性等级评价标准
稳定等级 地表沉降变形值(mm)
稳定 ≤100
基本稳定 100～200
欠稳定 200～400
不稳定 ≥400
注：地表沉降变形值为建(构)筑物场地平整后的地表剩余移动变形值。
此外，参考图1所示，根据本实施例的第二个方面，提供了一种计算机可读存储介质。所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时由处理器执行以上任意一项所述的方法。
从而根据本实施例，监测施工工程前期施工期间的采空区当前地表变形曲线，得到施工工程对采空区地表变形的影响。然后通过实地勘探采集采空区的多组岩石的岩石物理参数，通过对当前地表变形曲线和多组岩石物理参数进行反演，得到对采空区未来一定时间段内的预测地表变形曲线。从而通过预测地表变形曲线直观得出采空区未来预定时间段的安全性评价等级，达到准确评估采空区安全性的技术效果。进而现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
此外，参考图4所示，本发明的多层采空区安全稳定性评价系统，结合了地质调查、InSAR监测、地表自动化监测、数值模拟等方法综合评价采空区的安全性。该评价系统分为InSAR模块、GNSS模块、数值反演模块三部分。
所述InSAR模块，是通过购买近年来所在区域InSAR数据，综合分析得到采空区地表历史沉降变形规律。
所述GNSS模块，是通过结合GNSS技术开展现场地面沉降观测布置，搭设监测网络监测地表变形，持续监测地表变形一段时间，分析得到工程施工时的地表变形状态。
所述数值反演模块，是根据地质调查得到拟建场地采空区“三带”，即“冒落带、裂隙带和缓慢下沉带”的空间分布情况、断层等地质构造分布、岩石物理力学参数等。通过数值模拟建设软件，结合采空区地质勘查资料建立三维模型，模拟采空区地表沉降规律。通过结合现场地质资料、InSAR监测、GNSS自动化监测的结果推测将来采空区的地表沉降规律指导采空区上方的工程建设。
所述评价方法具体操作如下：
(1)收集目标多层采空区历史资料包括：煤(矿)层开采历史、开采层数、采深采厚、开采方法、顶板管理等开采施工要点。此外，还包括当初的地质调查资料。
(2)购买近年来所在多层采空区区域内的InSAR数据(有条件的购买近10年数据)，综合分析多层采空区今年来的地表历史沉降规律，得到地表历史变形状态曲线A。
(3)根据已有的地质资料，看情况补充地质钻孔，对采空区的“三带”空间分布、地层组成、岩土层结构和产状、地层构造和地下水、岩石物理力学参数等进行研究。
(4)根据在建工程与采空区的位置关系，在地表布置监测点，通过GNSS技术建立自动化监测网络监测地表变形，持续监测地表变形一段时间，分析得到工程施工时的地表变形状态曲线B。观测点布置要求如下：
观测点平行和垂直路线布设，长度应大于采空区的地表移动变形范围。观测点间距和观测周期应根据采空深度而定，观测点间距10～50m，观测周期10～90d。
①对于桥梁来说，根据桥梁孔跨，可隔墩或逐墩在墩台位置上布置横向测线，每条测线宜布设5个点，其中墩台中心1个点，两侧15m各1个点，再向两侧对于隧道延伸30m各点，测线总长宜为90m,特殊情况可适当加密加长。
②对于隧道来说，分离式隧道观测线宜沿隧道走向方向布置5条，其中左、右洞顶各1条，两洞之间1条，两洞外侧30m各1条，每条测线的第1个点及最后一个点应布设在两端口附近，其余测点均匀布设，点距应根据隧道长度控制在50～100m。对于采空区位于山腹，隧道埋深较大的工程来说，监测点位置可以不考虑山上，而着重考虑洞口的变形，加密监测点。
③对于路基来说，当路基填、挖小于等于10m时，沿路线方向宜布设3条观测线，分别在路线中心及两侧坡脚或堑顶；当填、挖大于10m时，沿路线方向布5条观测线，分别在路线中心及两侧路肩、坡脚或堑顶。每条测线的第1个点及最后一个点应布设在采空区两端，其余测点均匀布设，点距不宜小于100m。
注：监测点密度应根据现场实际情况来定，对于不便于搭设监测点的位置可以适当减少监测点。
(5)建立多层采空区的三维地质模型，根据调查得到的岩体地层参数、地表沉降变形曲线B等利用神经网络的原理进行参数反演，根据反演后的结果进行数值模拟计算得到地表将来可能的沉降变形曲线C。
具体反演步骤如下：
①根据试验测得的多组岩石物理参数带入FLAC 3D数值计算模型(也可是其他计算软件)，计算的得到多组地表沉降曲线，将其视为样本。
例如，可以将多组岩石物理参数(例如弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力参数数据)输入到到3D数值计算模型，然后利用3D数值计算模型计算分别与各组岩石物理参数对应的多组地表沉降曲线。
②将样本代入MATLAB软件进行神经网络反演，根据地表沉降变形曲线B拟合得到一组合理岩石物理参数，包括：弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力等。
例如，神经网络模型可以包括输入层、隐藏层以及输出层，其中步骤1得到的地表沉降曲线作为输入变量输入至神经网络模型的输入层，神经网络模型的输出层包括多个神经元分别用于输出各个岩石物理参数(例如弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力等)。神经网络模型中关于隐藏层的具体构造以及参数可以参考现有技术中常见的神经网络模型，此处不再赘述。此外，本实施例中可以将地表沉降变形曲线B、步骤1得到的多组地表沉降曲线以及试验得到的物理参数(弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力)作为输入变量，输入至神经网络的输入层，以及神经网络模型的输出层包括多个神经元分别用于输出各个岩石物理参数(例如弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力等)。
或者，也可以针对每一个岩石物理参数分别设置神经网络模型，例如可以针对弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力等分别设置神经网络模型。其中可以将步骤1得到的地表沉降曲线作为输入变量输入到各个神经网络模型，并且各个神经网络模型分别输出相应的岩石物理参数。
或者，由于步骤1得到的地表沉降曲线为序列数据，因此也可以考虑使用循环神经网络，其中循环神经网络模型的输入层接收步骤1得到的地表沉降曲线作为输入变量，并且输出各个岩石物理参数。然后循环神经网络模型将输出的岩石物理参数返回至输入层，作为下一轮计算的输入参数。
③再将得到的物理力学参数带入FLAC 3D数值计算模型进行计算，比较计算结果是否趋向于地表沉降变形曲线B。
④如果计算结果与曲线B可拟合，则可用这组有效物理参数继续计算，最终得到地表将来可能的沉降变形曲线C。否则，继续反演。
例如可以设置神经网络的迭代次数，通过多次迭代，使得最终得到的物理参数更加准确。
需要注意模型的大小要尽量与地表监测网络范围相一致，模型中包含的地质体(“三带”、断层等构造)分布与实际相同或者高度相似。对于复杂地质体、隧道周边围岩、采空区与隧道间覆岩网格适当精细。考虑到计算时间和难度，对于跨度较长的采空区和隧道来说，可以选取典型区段进行计算。
(6)参考表1，JTG/TD31-03-2011采空区公路设计与施工技术细则对采空区稳定性进行评价。
多层采空区的稳定性评价标准根据地表剩余移动变形量，划分为稳定、基本稳定、欠稳定和基本稳定四个等级。
(7)根据数值计算等到的地表沉降曲线C来确定采空区的稳定性评价等级。例如：当采空区覆岩为软弱岩层时，2年后变形≤100mm则为稳定，100～200基本稳定，200～400欠稳定，≥400不稳定。当采空区覆岩为中硬岩层时，3年后变形≤100mm则为稳定，100～200基本稳定，200～400欠稳定，≥400不稳定。当采空区覆岩为坚硬岩层时，4年后变形≤100mm则为稳定，100～200基本稳定，200～400欠稳定，≥400不稳定。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
实施例2
图5示出了根据本实施例所述的采空区安全性评估装置500，该装置500与根据实施例1的第一个方面所述的方法相对应。参考图5所示，该装置500包括：第一确定模块510，用于根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；第二确定模块520，用于根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及第三确定模块530，用于根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
可选地，在对建设工程进行施工之前，装置500还包括：第四确定模块，用于根据采空区预定年限内的雷达数据，确定采空区的历史地表变形曲线；第五确定模块，用于根据历史地表变形曲线，确定采空区的安全性评估结果；以及进行模块，用于根据采空区的安全性评估结果，在采空区对建设工程进行施工。
可选地，第一确定模块510包括：第一确定子模块，用于根据采空区和建设工程的位置关系，确定地表监测网络的监测位置；第二确定子模块，用于根据采空区的深度，确定地表监测网络的多个监测点之间的间距和观测周期，其中多个监测点的总长度大于采空区的地表移动变形范围；以及建立子模块，用于根据监测位置以及多个监测点，建立地表监测网络。
可选地，第二确定模块520，包括：第三确定子模块，用于利用数值计算模型，根据多组物理参数，确定与多组物理参数分别对应的多组地表沉降变形曲线，其中物理参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力；第四确定子模块，用于根据当前地表变形曲线以及多组地表沉降变形曲线，确定有效岩石物理参数；以及第五确定子模块，用于根据当前地表变形曲线以及有效岩石物理参数，确定预测地表变形曲线。
可选地，第二确定模块520，包括：第六确定子模块，用于利用预先建立的采空区的三维模型，根据多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线，其中建立采空区的三维模型的数据包括：采空区的冒落带、裂隙带和缓慢下沉带的空间分布状况数据、断层的地质构造分布数据、岩石物理力学参数数据。
可选地，第三确定模块520，包括：第七确定子模块，用于根据预测地表变形曲线以及采空区公路设计与施工技术细则，确定采空区的安全性评价等级。
可选地，装置500还包括：第六确定模块，用于根据采空区的安全性评价等级，确定建设工程的施工方案。
从而根据本实施例，监测施工工程前期施工期间的采空区当前地表变形曲线，得到施工工程对采空区地表变形的影响。然后通过实地勘探采集采空区的多组岩石的岩石物理参数，通过对当前地表变形曲线和多组岩石物理参数进行反演，得到对采空区未来一定时间段内的预测地表变形曲线。从而通过预测地表变形曲线直观得出采空区未来预定时间段的安全性评价等级，达到准确评估采空区安全性的技术效果。进而现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
实施例3
图6示出了根据本实施例所述的采空区安全性评估装置600，该装置600与根据实施例1的第一个方面所述的方法相对应。参考图6所示，该装置600包括：处理器610；以及存储器620，与处理器610连接，用于为处理器610提供处理以下处理步骤的指令：根据对采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定采空区的当前地表变形曲线；根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级。
可选地，在对建设工程进行施工之前，存储器620还用于为处理器610提供处理以下处理步骤的指令：根据采空区预定年限内的雷达数据，确定采空区的历史地表变形曲线；根据历史地表变形曲线，确定采空区的安全性评估结果；以及根据采空区的安全性评估结果，在采空区对建设工程进行施工。
可选地，对采空区建立地表监测网络的操作，包括：根据采空区和建设工程的位置关系，确定地表监测网络的监测位置；根据采空区的深度，确定地表监测网络的多个监测点之间的间距和观测周期，其中多个监测点的总长度大于采空区的地表移动变形范围；以及根据监测位置以及多个监测点，建立地表监测网络。
可选地，根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：利用数值计算模型，根据多组物理参数，确定与多组物理参数分别对应的多组地表沉降变形曲线，其中物理参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力；根据当前地表变形曲线以及多组地表沉降变形曲线，确定有效岩石物理参数；以及根据当前地表变形曲线以及有效岩石物理参数，确定预测地表变形曲线。
可选地，根据采集采空区多组岩石的多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：利用预先建立的采空区的三维模型，根据多组物理参数以及当前地表变形曲线，确定采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线，其中建立采空区的三维模型的数据包括：采空区的冒落带、裂隙带和缓慢下沉带的空间分布状况数据、断层的地质构造分布数据、岩石物理力学参数数据。
可选地，根据预测地表变形曲线，确定采空区的安全性评价等级的操作，包括：根据预测地表变形曲线以及采空区公路设计与施工技术细则，确定采空区的安全性评价等级。
可选地，存储器620还用于为处理器610提供处理以下处理步骤的指令：根据采空区的安全性评价等级，确定建设工程的施工方案。
从而根据本实施例，监测施工工程前期施工期间的采空区当前地表变形曲线，得到施工工程对采空区地表变形的影响。然后通过实地勘探采集采空区的多组岩石的岩石物理参数，通过对当前地表变形曲线和多组岩石物理参数进行反演，得到对采空区未来一定时间段内的预测地表变形曲线。从而通过预测地表变形曲线直观得出采空区未来预定时间段的安全性评价等级，达到准确评估采空区安全性的技术效果。进而现有技术中存在的现有的采空区安全评价方法单一，仅支持正在开采的矿区进行评估，并且存在评价标准单一以及评价方法落后，导致无法精准评估采采空区的安全性的技术问题。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采空区安全性评估方法，用于对所述采空区施工的建设工程进行安全性评估，其特征在于，包括：
根据对所述采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定所述采空区的当前地表变形曲线；
根据采集所述采空区多组岩石的多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及
根据所述预测地表变形曲线，确定所述采空区的安全性评价等级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述建设工程进行施工之前，还包括：
根据所述采空区预定年限内的雷达数据，确定所述采空区的历史地表变形曲线；
根据所述历史地表变形曲线，确定所述采空区的安全性评估结果；以及
根据所述采空区的所述安全性评估结果，在所述采空区对所述建设工程进行施工。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述采空区建立所述地表监测网络的操作，包括：
根据所述采空区和所述建设工程的位置关系，确定所述地表监测网络的监测位置；
根据所述采空区的深度，确定所述地表监测网络的多个监测点之间的间距和观测周期，其中所述多个监测点的总长度大于所述采空区的地表移动变形范围；以及
根据所述监测位置以及所述多个监测点，建立所述地表监测网络。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据采集所述采空区多组岩石的多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：
利用数值计算模型，根据所述多组物理参数，确定与所述多组物理参数分别对应的多组地表沉降变形曲线，其中所述物理参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦角以及黏聚力；
根据所述当前地表变形曲线以及所述多组地表沉降变形曲线，确定有效岩石物理参数；以及
根据所述当前地表变形曲线以及所述有效岩石物理参数，确定所述预测地表变形曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据采集所述采空区多组岩石的多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线的操作，包括：
利用预先建立的所述采空区的三维模型，根据所述多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线，其中
建立所述采空区的所述三维模型的数据包括：所述采空区的冒落带、裂隙带和缓慢下沉带的空间分布状况数据、断层的地质构造分布数据、岩石物理力学参数数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述预测地表变形曲线，确定所述采空区的安全性评价等级的操作，包括：
根据所述预测地表变形曲线以及采空区公路设计与施工技术细则，确定所述采空区的所述安全性评价等级。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述采空区的所述安全性评价等级，确定所述建设工程的施工方案。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时由处理器执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
9.一种采空区安全性评估装置，用于对所述采空区施工的建设工程进行安全性评估，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据对所述采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定所述采空区的当前地表变形曲线；
第二确定模块，用于根据采集所述采空区多组岩石的多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及
第三确定模块，用于根据所述预测地表变形曲线，确定所述采空区的安全性评价等级。
10.一种采空区安全性评估装置，用于对所述采空区施工的建设工程进行安全性评估，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，与所述处理器连接，用于为所述处理器提供处理以下处理步骤的指令：
根据对所述采空区建立预定时间段的地表监测网络监测的监测数据，确定所述采空区的当前地表变形曲线；
根据采集所述采空区多组岩石的多组物理参数以及所述当前地表变形曲线，确定所述采空区未来预定时间段内的预测地表变形曲线；以及
根据所述预测地表变形曲线，确定所述采空区的安全性评价等级。
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