基于卡尔曼滤波模型的开采沉陷地表移动变形分析与预报

发布时间：2017-08-12 12:34

  本文关键词：基于卡尔曼滤波模型的开采沉陷地表移动变形分析与预报

  更多相关文章： 卡尔曼滤波 交互多模型算法 开采沉陷移动变形预报 精度评定

【摘要】：在煤矿开采地表移动变形监测中,地表移动变形动态预报发挥着重要作用。本文以朱集东矿重复开采为例,其1111(3)工作面和1122(1)工作面的回采,对主井保护煤柱可能会产生影响,为确保主井安全并指导各工作面协同开采,需要预报出未来某一时刻地表移动变形量。本文在介绍了朱集东矿1111(3)工作面和1122(1)工作面的自然地理条件、地质采矿条件、观测站的建设情况后,通过建立卡尔曼滤波模型,运用卡尔曼滤波将朱集东矿主井保护煤柱监测线的连续点的平面位置和高程进行动态预报。Kalman滤波预报精度是依赖建立模型的准确性和随机干扰信号统计特征已知基础上的。在Kalman滤波算法中用到了状态转移方程和观测方程,被估计量随时间变化,它是一种动态估计。在煤矿开采地表下沉的开始阶段,能够实时修改目标的状态参量(速度、加速度等),具有较好的适应性。但随着开采的深入,地面监测点开始进入活跃阶段,仅采用基本的Kalman滤波算法往往得不到理想的效果。这时我们需要采用自适应的交互多模型算法(IMM),对Kalman滤波模型进行调整。交互多模型算法最初运用于机动目标跟踪领域,通过两个或多个模型来描述工作过程中可能的状态,最后通过一定的加权融合进行系统状态估计。很大程度上克服了单模型估计误差较大的问题。数据表明在进入活跃期和从活跃期进入衰退期这段时间,自适应卡尔曼滤波的预报精度在2cm之内的点占总点数的50%,多模型卡尔曼滤波预报精度提高更加明显,有60%的点精度在1cm之内,90%的点精度在3cm之内。为了提高运行效率和利用其强大的绘图能力,本文以Matlab R2009a为开发平台,研制“矿山开采地表移动预报系统”,对未来某一时间的地表移动点的平面位置和高程进行预报,实现预报信息自动化。
【关键词】：卡尔曼滤波 交互多模型算法 开采沉陷移动变形预报 精度评定
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD325
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-19
• 1.1 论文的研究意义和目的14
• 1.2 变形监测预报模型及研究背景14-17
• 1.3 章节主要内容介绍及技术路线17-19
• 1.3.1 章节主要内容介绍17-18
• 1.3.2 技术路线18-19
• 2 朱集东矿工作面观测站设站概况19-38
• 2.1 测区交通及自然地理情况19
• 2.2 朱集东矿地质采矿条件简介19-21
• 2.3 1111(3)综采面采后地质采矿条件简介21-24
• 2.4 观测站概况24-25
• 2.5 观测站观测概况25-27
• 2.6 数据处理及质量评价27-38
• 2.6.1 观测方法27-28
• 2.6.2 数据处理方法及质量统计分析28-38
• 3 基于卡尔曼滤波的开采沉陷预报38-75
• 3.1 卡尔曼滤波理论基础38-39
• 3.2 卡尔曼滤波方法的分类39-47
• 3.2.1 离散线性系统的卡尔曼滤波39-42
• 3.2.2 自适应卡尔曼滤波42-47
• 3.3 卡尔曼滤波在矿区地表移动变形预报中的应用47-54
• 3.3.1 预报方案设计47-49
• 3.3.2 状态方程和观测方程的建立49-50
• 3.3.3 滤波初值的确定50-51
• 3.3.4 卡尔曼滤波器的改进51-54
• 3.4 卡尔曼滤波预报精度和滤波精度分析54-73
• 3.5 本章小结73-75
• 4 地表开采移动变形预报软件研制75-79
• 4.1 软件的主要功能75-78
• 4.2 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-84
• 附录84-89
• 致谢89-90
• 作者简介及读研期间主要科研成果90-91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨树贵;;东欢坨煤矿地表移动参数的确定[J];矿山测量;2011年02期

2 何万龙;;开采引起的山区地表移动与变形预计[J];煤炭科学技术;1983年06期

3 郝庆旺;;地表移动计算中运用迭加原理的几个问题[J];矿山测量;1984年04期

4 李冰;关于地表移动的时间过程[J];长沙矿山研究院季刊;1986年01期

5 张华兴;仲维林;李增琪;;地表移动的映射计算方法[J];煤炭学报;1986年04期

6 李清华;;第四届国际地表移动及结构会议[J];矿山测量;1991年03期

7 栾元重;矿山地表移动的正算与反算[J];有色金属;1998年02期

8 戴华阳,翟厥成,胡友健;山区地表移动的相似模拟实验研究[J];岩石力学与工程学报;2000年04期

9 王广金;地表移动和铁路变形的观测分析[J];江苏煤炭;2000年01期

10 戴华阳,王金庄,崔继宪,郭增长;地表移动与变形极值问题综合评述[J];矿山测量;2000年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 徐嘉谟;;从位移矢量特征来判断地表移动原因的方法与实例[A];全国第三次工程地质大会论文选集（下卷）[C];1988年

2 汤伏全;;渭北矿区地表移动概率积分预计模型[A];全国开采沉陷规律与“三下”采煤学术会议论文集[C];2005年

3 匡忠祥;宋卫东;;地下金属矿山地表移动变形预测三维数值模拟研究[A];2005年全国金属矿山采矿学术研讨与技术交流会论文集[C];2005年

4 张广伟;魏耀军;朱强;;地表移动时间的计算方法研究[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2012年

5 蒋斌松;;开挖倾斜煤层引起的地表移动计算[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年

6 杨树贵;;地表移动参数的确定及应用[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年

7 潘文元;丁龙生;;水体下开采地表移动变形特征[A];赣闽皖苏湘五省煤炭学会联合学术交流会论文集[C];2004年

8 陈才菁;穆玉娥;;向斜构造对地表移动变形的影响规律[A];山东煤炭学会2004年度优秀学术论文集[C];2004年

9 汤伏全;;渭北矿区地表移动概率积分预计模型[A];全国开采沉陷规律与“三下”采煤学术会议论文集[C];2005年

10 蒋斌松;毕卫国;;开挖倾斜煤层引起的地表移动解析[A];第五届全国结构工程学术会议论文集（第三卷）[C];1996年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 杜善周;神东矿区大规模开采的地表移动及环境修复技术研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

2 贺跃光;工程开挖引起的地表移动与变形模型及监测技术研究[D];中南大学;2003年

3 李凤明;高陡岩质露天矿边坡地表移动变形预测与控制方法研究[D];辽宁工程技术大学;2007年

4 夏小刚;采动岩层与地表移动的“四带”模型研究[D];西安科技大学;2012年

5 廉旭刚;基于Knothe模型的动态地表移动变形预计与数值模拟研究[D];中国矿业大学(北京);2012年

6 李永树;地表移动预计方法及信息处理（SPDP）系统研究[D];中国矿业大学（北京）;1997年

7 李培现;深部开采地表沉陷规律及预测方法研究[D];中国矿业大学;2012年

8 郭俊廷;建（构）筑物下“采—充—留”耦合开采理论研究[D];中国矿业大学（北京）;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邢渊;河北天成煤矿岳城水库下采煤安全影响研究[D];中国地质大学(北京);2015年

2 张盼盼;大平矿库下采煤安全影响评价[D];中国地质大学(北京);2015年

3 靳飞;地表移动变形随煤层倾角及地表坡度变化规律的数值模拟分析[D];太原理工大学;2016年

4 汪泽;唐家会煤矿首采面地表移动变形规律分析[D];安徽理工大学;2016年

5 陈小轶;基于卡尔曼滤波模型的开采沉陷地表移动变形分析与预报[D];安徽理工大学;2016年

6 王晶;地下铁矿开采与时间相关的地表移动研究[D];河北大学;2007年

7 鄢继选;巨厚松散层条件下地表移动变形动态预报[D];安徽理工大学;2010年

8 邓健;矿区地表移动变形预计及软件研制[D];安徽理工大学;2008年

9 陈玉福;煤炭开采地表移动变形预测及可视化研究[D];中国地质大学（北京）;2010年

10 贾林刚;露天矿开采影响下的地表移动变形的模拟预测研究[D];煤炭科学研究总院;2006年

，

本文编号：661648