基于劣化分区的采矿沉降与岩体力学参数多目标反演——以龙王沟煤矿为例

《Scientific Reports》：Multi-objective inversion of mining-induced subsidence and rock mass mechanical parameters based on degradation zoning: a case study of Longwanggou coal mine

　　

摘要

由于地层结构复杂且涉及的参数众多，从采矿引起的沉降中反演岩体力学参数是一项艰巨的任务。本研究基于岩体运动监测数据、矿井几何形态以及采矿引起的岩体劣化分区概念，构建了一种融合正交实验、数值模拟和响应面方法的协同反演框架。该方法建立了关键指标（最大沉降量\({W}_{max}\)、主要影响范围\(B\)、顶板变形量\({h}_{c}\)、底板变形量\({h}_{b}\)以及采空区变形量\(\Delta h\)）与岩体参数均值（弹性模量\(\overline{E }\)、泊松比\(\overline{\nu }\)、内聚力\(\overline{c }\)、内摩擦角\(\overline{\varphi }\)以及抗拉强度\(\overline{E }, \overline{\nu }, \overline{c }, \overline{\varphi }, \overline{{\sigma }_{t}}\)）与未开采区域（\(\overline{E }^{\prime}, \overline{\nu }^{\prime}, \overline{c }^{\prime}, \overline{\varphi }^{\prime}, \overline{{\sigma }_{t}}^{\prime}\)）的参数均值，从而获得了不同岩性岩体的区域力学参数。与现场测量数据相比，基于响应函数得出的数值模拟结果与测量值之间的关键响应量差异分别为：\({W}_{max}\)和\(B\)为[0.00%和0.00%]，\({h}_{c}\)、\({h}_{b}\)和$\Delta h$为[0.59%和0.1%]。本研究为煤炭开采中岩体参数的确定提供了一种科学严谨且有效的优化方法，对水保开采及沉降预测具有重要的意义。