一种获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法

本发明涉及岩移变形监测领域，特别是一种获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法。

背景技术：

多年来对煤矿地表移动观测站的研究表明，地表移动规律及其预计参数具有地区特性。为此，各矿区都有目的地开展地表移动的现场监测、规律总结、预计参数求取，以解决本矿区的开采沉陷及“三下”采煤问题。设置地表移动观测站主要目的为:①求得本地区煤层开采后地表移动与变形规律，为矿区进行总体规划、环境评价和矿井设计提供依据；②为安全合理留设保护煤柱提供技术参数。

地表移动观测站的设置，传统的方法是在移动盆地的主断面上设置走向和倾向观测线，开采沉陷的预计参数都是主断面上的参数，这些参数大都是根据走向或倾向主断面上观测线的实测资料求得。但由于受地质、采矿条件及地形地物的影响，很多观测线不能布设在主断面上，因此面临着主断面上点的下沉值无法直接求取的难题。而非规则岩移观测站因布置灵活，可利用采动区内道路等自然条件，受到矿山测量人员的广泛关注。

如果能通过获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法代替主断面监测数据处理的方法，建立了非规则岩移观测线上的监测点与主断面上对应点的映射，就可以解决主断面上点的下沉值无法直接求取的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对主断面无法设置岩移观测站的问题，提供一种获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法，通过测量非规则岩移观测线上监测点的数据来计算主断面上点的岩移数据，以达到与主断面建设岩移观测站相同的效果。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法，包括以下步骤：

s1、获取非规则岩移观测线上监测点的数据，并整合监测点的平面坐标作为非规则岩移观测线上的起算坐标数据；

s2、根据概率积分法的基本原理，建立任意点在任意剖面上的下沉值计算公式；

s3、将非规则岩移观测线上监测点的数据带入任意点在任意剖面上的下沉值计算公式中，计算求得未知参数，得到主断面上任意点的下沉值函数；

s4、将非规则岩移观测线上的监测点映射到主断面上，通过把主断面上映射的点的坐标值带入主断面上任意点的下沉值函数中，获取主断面上映射的点的下沉值；

s5、建立主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式，将主断面上映射的点的坐标和时间间隔带入主断面上的点在任意时刻的下沉值公式中，获取主断面上的点在任意时刻的下沉值。

进一步地，所述步骤s1中用gnss测量方法测出每个监测点的坐标值，将监测点坐标值换算到开采坐标系下成为平面坐标。

进一步地，所述步骤s2中任意点在任意剖面上的下沉值计算公式为：

ri＝h0/tanβ(2)

li＝hicotθ(3)

式中，ri为中心点处的主要影响半径，h0为煤层采深，tanβ为主要影响角正切，hi为中心点处的煤层采深，cotθ为最大下沉角余切。

进一步地，所述步骤s3具体包括：将非规则岩移观测线上的n个监测点的的坐标值(x，y)带入任意剖面上任意点的下沉值公式，得到n个多项式，形成一个方程组，通过求解主断面的中心点坐标(xi,yi)未知参数值，从而得到主断面上任意点的下沉值函数。

进一步地，所述步骤s4具体包括：

s41、将非规则岩移观测线上的监测点映射到主断面上，主断面上映射的点的坐标表示为(xn,yi)和(xi,yn)的形式；

s42、将主断面上任一映射点的坐标值带入主断面任意点下沉值函数中，计算得到主断面上该映射的点的下沉值。

进一步地，所述步骤s5具体包括：

s51、选择时间影响函数f(t)：

式中，ti为预计时刻与单元开采时刻之间的时间间隔，g为下沉速度系数；

s52、建立主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式：

将主断面上任一映射的点的坐标和时间间隔t带入主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式，计算得到主断面上任一点在某一时刻的下沉值。

与现有技术相比，本发明通过对非规则岩移观测线数据进行处理，建立了非规则岩移观测线上的监测点与主断面上对应点的映射，解决了主断面上点的下沉值无法直接求取的难题；通过非规则岩移观测线上足够多的监测点数据建立多项下沉值函数方程式，可以提高下沉值函数方程组在未知参数求取方面的精度，进而得到高精度的主断面上点的下沉值；通过构建基于时间影响函数的主断面上点的下沉值函数，可以求取主断面上的点在任意时刻的下沉值，在地表沉陷预警方面具有重大意义。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的非规则岩移观测线上监测点的布设和主断面上映射点位的示意图；

图2为本发明具体实施方式中的矿区开采坐标系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

本实施例提供了一种获取主断面上的点在任意时刻的下沉值的方法，包括以下步骤：

s1、获取非规则岩移观测线上监测点的数据，并整合监测点的平面坐标作为非规则岩移观测线上的起算坐标数据；

本发明实施例中，由于主断面地区地形复杂、植被茂盛，工作人员无法进入建立岩移观测站，所以采取在地面开阔、视野良好处布设岩移观测站，成为一种非规则岩移观测线布设方法。非规则岩移观测线分为倾向观测线(q1——q26)和走向观测线(z1——z14)，非规则岩移观测线上的监测点位置如图1所示；并用gnss测量方法测出每个监测点的坐标值，将监测点坐标值换算到开采坐标系下成为平面坐标便于后续计算。

s2、如图2所示，根据概率积分法的基本原理，在开采坐标系中建立任意点在任意剖面上的下沉值计算公式：

ri＝h0/tanβ(2)

li＝hicotθ(3)

式中，ri为中心点处的主要影响半径，h0为煤层采深，tanβ为主要影响角正切，hi为中心点处的煤层采深，cotθ为最大下沉角余切。

s3、将非规则岩移观测线上监测点的数据带入任意点在任意剖面上的下沉值计算公式中，计算求得未知参数，得到主断面上任意点的下沉值函数；具体步骤如下：

将非规则岩移观测线上的n个监测点的的坐标值(x，y)带入任意剖面上任意点的下沉值公式，得到n个多项式，形成一个方程组，通过求解主断面的中心点坐标(xi,yi)未知参数值，从而得到主断面上任意点的下沉值函数。

s4、将非规则岩移观测线上的监测点映射到主断面上，通过把主断面上映射的点的坐标值带入主断面上任意点的下沉值函数中，获取主断面上映射的点的下沉值；具体步骤如下：

s41、将非规则岩移观测线上的监测点映射到主断面上，主断面上映射的点的坐标表示为(xn,yi)和(xi,yn)的形式；

s42、将主断面上任一映射点的坐标值带入主断面任意点下沉值函数中，计算得到主断面上该映射的点的下沉值。

s5、建立主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式，将主断面上映射的点的坐标和时间间隔带入主断面上的点在任意时刻的下沉值公式中，获取主断面上的点在任意时刻的下沉值；具体步骤如下：

s51、选择时间影响函数f(t)：

式中，ti为预计时刻与单元开采时刻之间的时间间隔，g为下沉速度系数；

s52、建立主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式：

将主断面上任一映射的点的坐标和时间间隔t带入主断面上的点在任意时刻的下沉值计算公式，计算得到主断面上任一点在某一时刻的下沉值。

综述，本发明通过非规则岩移观测线上足够多的监测点数据建立多项下沉值函数方程式，可以提高下沉值函数方程组在未知参数求取方面的精度，进而得到高精度的主断面上点的下沉值；通过构建基于时间影响函数的主断面上点的下沉值函数，可以求取主断面上的点在任意时刻的下沉值。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。