神经网络在地表移动与变形分析中的应用
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计 ４ ６×１ ． ０ ０ｔ
的回归公 式有 ：
Ｓ ， ，、
百 ｎ 一。 百 ’ １ ２
Ｌ
式 中 ，７， ： １ ｏ 系数 ， 同矿 区、 同方 向其 取值不 同． ， 不 不
２ 水 平移 动 系数 ． ） 即地 表 点水 平 移 动 最 大值 与 下
沉值之间关系， 用字母 ｂ 表示． 值与各 因素之间的相 ｂ 互 关 系 回归公 式 ：
０ ７９＋０ １ ３７ ・ ３ ・ ２ ８ ・ （） ２
该 矿东 井村 庄下 压煤 开采 的有利 条件 有 ：
１ 煤层 埋深 较大 ． 区域 开采 上 限 一５０ｍ， 限 ） 本 ５ 下
为 一 ０ ，２ ９０ｉ １下煤层平均采深为 ７０ｍ， ｎ ８ １ ６煤层平均
收 稿 日期 ：０２— ４— ２ ２１ ０ ０ 基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ １７ ２ ００ ８ ２ １３ ０ ０２ １ ）
杜 中雨 孙 涛 ，
（． １ 山东富安煤 炭有 限公 司， 山东 滕州 ２７ ２ ；． ７ ５ １ ２ 山东东华能源有 限责任公司 葛亭煤矿 ， 山东 பைடு நூலகம்宁 ２ ２５ ） ７０ ３
摘
要： 为了对建筑物下薄煤层群开采地表移动与变形作 出全面、 准确科学合理 的预测 ， 综合分析概 率积分 法参数与地质 采 在
矿条件之 间关 系的基础上 ， 采用人 工神经 网络方 法建立 了岩移参数选取 的数学模型． 对提高开采沉 陷预 计精度具有积极 意义． 用 运
概率积分 法对地表移动和 变形进行 了预计 与分析 ， 结合某矿 的实际条件 ， 用所建 的模 型， 运 求得 了该矿 开采 引起 的地 表移动 变形各 个参数 的最 大值 ， 确定 了该建筑物下薄煤层群开采 方案． 结果表明 ， 以利用所建数学模型正确求 出地 表移动与变形参数． 可
为 ８ ０Ｉ，７煤层 平均 为 ８ ０Ｉ ； ３ Ｉ１ Ｔ ５ Ｉ Ｔ
２ 煤层采 高小 ．２ 煤层 厚 度 平 均 Ｔ １ １ ） １下 ．０ｍ，６煤
层平 均 ０ ６ １ 层平 均 ０ ７ ．０ ｍ，７煤 ．５ ｍ．
２ 岩 移 参 数 选 取
２ １ 神 经 网络 法 ．
用概 率积 分法进 行地 表移 动与 变形预 计 的基本 参 数有 ： 主要影 响角 正切 ｔ ； 层 开采 下 沉 系数 ｑ； ａ 煤 水 平 移动 系数 ｂ； 开采 影响传 播 系数 ｋ； 点平 移距 ｓ． 拐 各 参数 与地 质 、 矿 条 件 之 间 的关 系 可做 如 下 的 采
第２ ７卷 第 ２期 ２１ ０ ２年 ６月
矿 业 工 程 研 究
Ｍｉｅ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎｍ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｊｎ ０ ２ ｕ ．２ １
神 经 网络 在 地 表 移 动 与 变 形 分 析 中 的应 用
关键词 ： 神经 网络 ； 岩移参数 ； 地表移动变形 ； 概率积分法
中 图分 类 号 ：Ｐ２ ． Ｔ ３５２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６４— ８ ６ ２ １ ）２— ｏ Ｏ一 ３ １７ ５７ （０ ２ Ｏ ０ ２ ０
煤矿“ 下” 三 开采 过 程 中 ， 覆 岩 层 将 产 生 移 动 、 上 变 形与 破 坏 ； 层 移 动 稳 定 后 ， 采 空 区 上 方 地 表 沉 岩 在 陷 ； 成下 沉盆 地 ， 范 围大 于 开 采 面积 ． 开 采 面 积 形 其 若 为矩形 ， 地表 下沉 盆地 近似椭 圆形 ． 则 在下 沉盆 地 内各 点 的移动 量不 相等 ， 移动 方 向指 向盆 地 中央 ， 工农业 给 生产 带来 一定 的危 害 ， 严重 影 响着 生 态 环境 Ｊ因 并 ． 此， 煤层 开采前 对地 表移 动和 变形作 出准确 的预计 ， 对 保护 地 面建筑 物和 矿 区环境 具有 十分重 要 的意义 ．
１ 煤 层 地 质 条 件
某矿含煤地层为石炭 系上统太原组 ， 本组地层厚 度 １ １ ２ ２ ２ ２ 平 均 １ １ ５ 太 原组 含 煤 １ ４ ．９— ０ ．６ ｍ， ７ ．８ ｍ． ３ 层 ， 中可采 、 部 可 采 煤 层 有 ｌ 其 局 ２下 、６和 １ １ ７煤 层 ， 平 均纯煤 总 厚 ２４ 含煤 可采 系数 为 １．５ ， ．５ｍ， ３７ ％ 其各 自的压 煤 量分 别 为 ２０×１ ８ ２ ０ ，３×１ １３×１ ｔ总 ０ ，０ ０ ，
一
本文 以某矿为例 ， 运用神经网络模型选取预计参 数， 采用 概率 积分 法对 地表移 动 和变形 进行 了预计 ， 提 高 了对地 表 移动 与变 形 预计 的精 度 ， 建 筑 物 下压 煤 对
安 全开 采具 有指 导作 用 ．
些分 析 归纳 ： １ 拐点 平移 距． ） 拐点 偏 移距 Ｓ与各 因素 关 系 常见
３ 开采影响传播系数． ） 开采影响传播 系数 ｋ与岩
通信作者 ： 杜中雨（ ９ １一）， ， １８ 男 山东滕州人 ， 副总工程师， 研究方 向： 矿井开拓设计 ． Ｅ—ｍａ ： ｄｈ ＠１６ ｃｒ ｉ ｄ ｙｈ ２ ．ｏ ｌ ｎ
２ ０
性 有关 ， 性坚 硬 ｋ取 ０ ７～ ． ； 岩 ． ０ ８ 岩性 中硬 ｋ取 ０ ６～ ． ０ ７ 岩性 软 弱 ｋ ０ ５～ ． ． ．； 取 ． ０ ６ ４ 主 要 影 响 角 正 切． 采 深 与 主 要 影 响 半 径 之 ） 即
比 ， ｔｎ３ 用 ａ ／表示 ． 值受 上覆 岩层 的 岩性影 响 ． ｎ３ 其 ｔ ／ 与 ａ 各 因素关 系 常见 的 回归公式 有 ：
ｔｎｐ ： （ 一０ ０ ３２ （ ａ Ｄ ． ０ Ｈ） １—０ ０ ３８ ）． （ ） ．０ ａ ３ 式 中 ， ： 性 影 响系数 ， Ｄ 岩 与覆 岩综 合评 价 系数有 关 ．
的回归公 式有 ：
Ｓ ， ，、
百 ｎ 一。 百 ’ １ ２
Ｌ
式 中 ，７， ： １ ｏ 系数 ， 同矿 区、 同方 向其 取值不 同． ， 不 不
２ 水 平移 动 系数 ． ） 即地 表 点水 平 移 动 最 大值 与 下
沉值之间关系， 用字母 ｂ 表示． 值与各 因素之间的相 ｂ 互 关 系 回归公 式 ：
０ ７９＋０ １ ３７ ・ ３ ・ ２ ８ ・ （） ２
该 矿东 井村 庄下 压煤 开采 的有利 条件 有 ：
１ 煤层 埋深 较大 ． 区域 开采 上 限 一５０ｍ， 限 ） 本 ５ 下
为 一 ０ ，２ ９０ｉ １下煤层平均采深为 ７０ｍ， ｎ ８ １ ６煤层平均
收 稿 日期 ：０２— ４— ２ ２１ ０ ０ 基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ １７ ２ ００ ８ ２ １３ ０ ０２ １ ）
杜 中雨 孙 涛 ，
（． １ 山东富安煤 炭有 限公 司， 山东 滕州 ２７ ２ ；． ７ ５ １ ２ 山东东华能源有 限责任公司 葛亭煤矿 ， 山东 பைடு நூலகம்宁 ２ ２５ ） ７０ ３
摘
要： 为了对建筑物下薄煤层群开采地表移动与变形作 出全面、 准确科学合理 的预测 ， 综合分析概 率积分 法参数与地质 采 在
矿条件之 间关 系的基础上 ， 采用人 工神经 网络方 法建立 了岩移参数选取 的数学模型． 对提高开采沉 陷预 计精度具有积极 意义． 用 运
概率积分 法对地表移动和 变形进行 了预计 与分析 ， 结合某矿 的实际条件 ， 用所建 的模 型， 运 求得 了该矿 开采 引起 的地 表移动 变形各 个参数 的最 大值 ， 确定 了该建筑物下薄煤层群开采 方案． 结果表明 ， 以利用所建数学模型正确求 出地 表移动与变形参数． 可
为 ８ ０Ｉ，７煤层 平均 为 ８ ０Ｉ ； ３ Ｉ１ Ｔ ５ Ｉ Ｔ
２ 煤层采 高小 ．２ 煤层 厚 度 平 均 Ｔ １ １ ） １下 ．０ｍ，６煤
层平 均 ０ ６ １ 层平 均 ０ ７ ．０ ｍ，７煤 ．５ ｍ．
２ 岩 移 参 数 选 取
２ １ 神 经 网络 法 ．
用概 率积 分法进 行地 表移 动与 变形预 计 的基本 参 数有 ： 主要影 响角 正切 ｔ ； 层 开采 下 沉 系数 ｑ； ａ 煤 水 平 移动 系数 ｂ； 开采 影响传 播 系数 ｋ； 点平 移距 ｓ． 拐 各 参数 与地 质 、 矿 条 件 之 间 的关 系 可做 如 下 的 采
第２ ７卷 第 ２期 ２１ ０ ２年 ６月
矿 业 工 程 研 究
Ｍｉｅ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎｍ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｊｎ ０ ２ ｕ ．２ １
神 经 网络 在 地 表 移 动 与 变 形 分 析 中 的应 用
关键词 ： 神经 网络 ； 岩移参数 ； 地表移动变形 ； 概率积分法
中 图分 类 号 ：Ｐ２ ． Ｔ ３５２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６４— ８ ６ ２ １ ）２— ｏ Ｏ一 ３ １７ ５７ （０ ２ Ｏ ０ ２ ０
煤矿“ 下” 三 开采 过 程 中 ， 覆 岩 层 将 产 生 移 动 、 上 变 形与 破 坏 ； 层 移 动 稳 定 后 ， 采 空 区 上 方 地 表 沉 岩 在 陷 ； 成下 沉盆 地 ， 范 围大 于 开 采 面积 ． 开 采 面 积 形 其 若 为矩形 ， 地表 下沉 盆地 近似椭 圆形 ． 则 在下 沉盆 地 内各 点 的移动 量不 相等 ， 移动 方 向指 向盆 地 中央 ， 工农业 给 生产 带来 一定 的危 害 ， 严重 影 响着 生 态 环境 Ｊ因 并 ． 此， 煤层 开采前 对地 表移 动和 变形作 出准确 的预计 ， 对 保护 地 面建筑 物和 矿 区环境 具有 十分重 要 的意义 ．
１ 煤 层 地 质 条 件
某矿含煤地层为石炭 系上统太原组 ， 本组地层厚 度 １ １ ２ ２ ２ ２ 平 均 １ １ ５ 太 原组 含 煤 １ ４ ．９— ０ ．６ ｍ， ７ ．８ ｍ． ３ 层 ， 中可采 、 部 可 采 煤 层 有 ｌ 其 局 ２下 、６和 １ １ ７煤 层 ， 平 均纯煤 总 厚 ２４ 含煤 可采 系数 为 １．５ ， ．５ｍ， ３７ ％ 其各 自的压 煤 量分 别 为 ２０×１ ８ ２ ０ ，３×１ １３×１ ｔ总 ０ ，０ ０ ，
一
本文 以某矿为例 ， 运用神经网络模型选取预计参 数， 采用 概率 积分 法对 地表移 动 和变形 进行 了预计 ， 提 高 了对地 表 移动 与变 形 预计 的精 度 ， 建 筑 物 下压 煤 对
安 全开 采具 有指 导作 用 ．
些分 析 归纳 ： １ 拐点 平移 距． ） 拐点 偏 移距 Ｓ与各 因素 关 系 常见
３ 开采影响传播系数． ） 开采影响传播 系数 ｋ与岩
通信作者 ： 杜中雨（ ９ １一）， ， １８ 男 山东滕州人 ， 副总工程师， 研究方 向： 矿井开拓设计 ． Ｅ—ｍａ ： ｄｈ ＠１６ ｃｒ ｉ ｄ ｙｈ ２ ．ｏ ｌ ｎ
２ ０
性 有关 ， 性坚 硬 ｋ取 ０ ７～ ． ； 岩 ． ０ ８ 岩性 中硬 ｋ取 ０ ６～ ． ０ ７ 岩性 软 弱 ｋ ０ ５～ ． ． ．； 取 ． ０ ６ ４ 主 要 影 响 角 正 切． 采 深 与 主 要 影 响 半 径 之 ） 即
比 ， ｔｎ３ 用 ａ ／表示 ． 值受 上覆 岩层 的 岩性影 响 ． ｎ３ 其 ｔ ／ 与 ａ 各 因素关 系 常见 的 回归公式 有 ：
ｔｎｐ ： （ 一０ ０ ３２ （ ａ Ｄ ． ０ Ｈ） １—０ ０ ３８ ）． （ ） ．０ ａ ３ 式 中 ， ： 性 影 响系数 ， Ｄ 岩 与覆 岩综 合评 价 系数有 关 ．