开采沉陷的动态预计方法、装置、电子设备及存储介质

本发明涉及能源开采，尤其涉及开采沉陷的动态预计方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、大规模、高强度的地下煤炭资源开采在为国家经济建设提供大量能源的同时，也造成了大范围、集中连片、程度不一的采煤塌陷地。据专家测算，每开采万吨煤炭造成的土地塌陷面积为3-5亩，土地塌陷对农田和采区生态环境的危害十分巨大，随着“三下(建筑物下、铁路下和水体下)”压煤开采量的逐年增加，导致的建筑物损坏、农田破坏等问题已十分突出。

2、开采引起的土地塌陷和人工设施的损坏是由地表点的沉降和变形引起的，地表点的位移和变形的大小与覆岩岩性、煤层赋存条件、工作面形状、开采方式和速度等多因素有关，是一个复杂的动态发展变化过程。虽然在开采实践中，多以规则工作面(如矩形工作面)为主，但随着煤炭资源的可持续开采，为了最大限度地回收资源，以不规则工作面开采的场景越来越多，同时还存在着大量由于复杂地质原因导致的以不规则工作面开采的情形。因此，如何基于不规则工作面进行开采沉陷的动态预计成为当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种开采沉陷的动态预计方法、装置、电子设备及存储介质，能够以不规则工作面作为动态预计的对象，模拟更符合实际作业场景的煤炭采空区上方地表点随煤炭开采进度的动态下沉和变形情况，为采前煤炭开采方式选择、开采过程中的建筑物保护、采后的损害鉴定以及采空区土地再利用和矿区生态环境修复提供理论依据和技术保障。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明实施例提供一种开采沉陷的动态预计方法，包括：

4、获取当前煤炭开采的不规则工作面的拐点坐标，并将不规则工作面划分为多个三角形；

5、根据多个三角形和预计时刻的工作面位置，确定开采沉陷预计的动态积分区域，其中，动态积分区域为参与动态积分计算的三角形范围；

6、确定每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限；

7、根据每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限，对煤炭开采引起的地表沉陷进行动态预计。

8、可选的，将不规则工作面划分为多个三角形，包括：

9、根据拐点坐标确定不规则工作面的每个顶点的横坐标；

10、以横坐标最小的一个顶点为第1个顶点，按照顺时针或者逆时针的顺序依次对其余顶点进行编号；

11、将第1个顶点与其余顶点进行连线，将不规则工作面划分为多个三角形；

12、若三角形的三个顶点的横坐标均不相等，则为三角形做一条垂直于横轴的辅助线，将三角形划分为两个子三角形。

13、可选的，对于任一三角形，若三角形的两个顶点的横坐标相等；

14、根据三角形和预计时刻的工作面位置，确定开采沉陷预计的动态积分区域，包括：

15、获取三角形的三个顶点的横坐标的最大值；

16、若预计时刻的工作面位置小于三角形的三个顶点的横坐标的最大值，则确定三角形属于动态积分区域、且三角形部分参与动态积分计算；

17、若预计时刻的工作面位置大于或者等于三角形的三个顶点的横坐标的最大值，则确定三角形属于动态积分区域、且三角形全部参与动态积分计算。

18、可选的，对于任一三角形，若三角形的三个顶点的横坐标均不相等；

19、根据三角形和预计时刻的工作面位置，确定开采沉陷预计的动态积分区域，包括：

20、获取辅助线对应的横坐标值；

21、若预计时刻的工作面位置小于横坐标值，则确定两个子三角形中的一个子三角形属于动态积分区域、且部分参与动态积分计算，另一个子三角形不属于动态积分区域；

22、若预计时刻的工作面位置等于横坐标值，则确定两个子三角形中的一个子三角形属于动态积分区域、且全部参与动态积分计算，另一个子三角形不属于动态积分区域；

23、若预计时刻的工作面位置大于横坐标值、且小于三角形的三个顶点的横坐标的最大值，则确定两个子三角形均属于动态积分区域、且一个子三角形全部参与动态积分计算，另一个子三角形部分参与动态积分计算；

24、若预计时刻的工作面位置大于或者等于三角形的三个顶点的横坐标的最大值，则确定两个子三角形均属于动态积分区域、且全部参与动态积分计算。

25、可选的，确定每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限，包括：

26、若预计时刻的工作面位置小于或者等于辅助线对应的横坐标值，则确定时间函数区间为φ(t)～φ[t-(n1-1)t]，以及确定第1个动态单元在横轴的积分上限为第1个动态单元在横轴的积分下限为第2个动态单元在横轴的积分上限为第2个动态单元在横轴的积分下限为第n1个区间在横轴的积分上限为第n1个区间在横轴的积分下限为

27、其中，不规则工作面已经开采的区间被划分为n1个动态单元，动态单元的长度为dl，t为动态预计的时刻，t为开采各动态单元所需要的时间，x1＝xmin为第1个顶点的横坐标，lt为预计时刻的工作面位置。

28、可选的，确定每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限，包括：

29、若预计时刻的工作面位置大于辅助线对应的横坐标值、且小于不规则工作面的横坐标最大值，则

30、对于两个子三角形中的一个子三角形，确定时间函数区间为φ(t)～φ[t-(n1-1)t]；对于两个子三角形中的另一个子三角形，确定时间函数区间为φ[t-(n1-1)t]、φ[t-(n1-1)t]和φ[t-(n1-1)t+1]、φ[t-(n1-1)t]～φ[t-(n1+n2-1)t]中的任一项；

31、对于两个子三角形中的一个子三角形，确定其最后1个动态单元在横轴的积分上限为其最后1个动态单元在横轴的积分下限为对于两个子三角形中的另一个子三角形，确定其第1个动态单元在横轴的积分上限为其第1个动态单元在横轴的积分下限为其最后1个动态单元在横轴的积分上限为其最后1个动态单元在横轴的积分下限为中的任一项；

32、其中，两个子三角形中的一个子三角形被划分为n1个动态单元，两个子三角形中的另一个子三角形被划分为n2个动态单元，动态单元的长度为dl，t为动态预计的时刻，t为开采各动态单元所需要的时间，x1＝xmin为第1个顶点的横坐标，x2为第2个顶点的横坐标，lt为预计时刻的工作面位置。

33、可选的，确定每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限，包括：

34、若预计时刻的工作面位置大于或者等于不规则工作面的横坐标最大值，则

35、对于两个顶点的横坐标相等的三角形，确定其最后1个动态单元对应的时间函数区间为φ[t-(n-1)t]；

36、对于两个顶点的横坐标相等的三角形，确定最后1个动态单元在横轴的积分上限为其最后1个动态单元在横轴的积分下限为

37、其中，两个顶点的横坐标相等的三角形被划分为n个动态单元，动态单元的长度为dl，t为动态预计的时刻，t为开采各动态单元所需要的时间，x1＝xmin为第1个顶点的横坐标，x2为第2个顶点的横坐标，x3为第3个顶点的横坐标，lt为预计时刻的工作面位置，l2＝x3-xmin-(n-1)×dl。

38、第二方面，本发明实施例提供一种开采沉陷的动态预计装置，包括：工作面划分模块，区域确定模块，计算模块和预计模块；

39、工作面划分模块，用于获取当前煤炭开采的不规则工作面的拐点坐标，并将不规则工作面划分为多个三角形；

40、区域确定模块，用于根据多个三角形和预计时刻的工作面位置，确定开采沉陷预计的动态积分区域，其中，动态积分区域为参与动态积分计算的三角形范围；

41、计算模块，用于确定每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限；

42、预计模块，用于根据每个动态积分区域的时间函数区间、积分上限和积分下限，对煤炭开采引起的地表沉陷进行动态预计。

43、第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器，处理器用于在执行计算机程序时实现具有上述第一方面任一特征的开采沉陷的动态预计方法。

44、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现具有上述第一方面任一特征的开采沉陷的动态预计方法。

45、本发明实施例以不规则工作面作为开采沉陷的动态预计的对象，结合“三角形剖分算法”，模拟更符合实际作业场景的煤炭采空区上方地表点随煤炭开采进度的动态下沉和变形情况，准确计算出地表点出现下沉和变形的位置和大小，从而为采前煤炭开采方式选择、开采过程中的建筑物保护、采后的损害鉴定以及采空区土地再利用和矿区生态环境修复提供理论依据和技术保障，使开采沉陷预计成果能更好的指导矿区煤炭开采、采空区土地再利用及矿区生态环境修复工作。