煤炭科学技术

作者：汤伏全, 高佳坤, 薛俊磊, 朱超, 周对对, 李小涛,

关键词：西部矿区, GNSS连续监测, 动态沉陷, Boltzmann 角度函数, 预测模型,

矿区GNSS连续监测站相比常规观测站能够更好地获取地表动态沉陷特征，但布设GNSS站点太多及费用过高制约了其实际应用。为了探讨基于少量站点GNSS连续观测数据构建地表动态沉陷模型的可行性，以黄土高原矿区地表沉陷监测工程为实例，通过绘制地表点动态下沉及其下沉速度与加速度变化曲线，发现其分布特征与Boltzmann角度函数及其一阶、二阶导数的变化曲线高度一致，因此选择具有“S”型分布特征的Boltzmann角度函数构建地表动态下沉模型，引入相对位置角x和偏心角y 两个参数描述监测站与工作面动态边界的相对位置关系，利用GNSS时序观测数据反演Boltzmann模型的4个参数（A1、A2、a、b），并阐明了各参数的物理意义及其变化特征。基于此，利用工作面推进过程中获取的GNSS时序观测数据构建了地表动态沉陷Boltzmann模型，通过分析模型参数随工作面推进位置（参数x）的变化特征，发现这些参数的时序变化随地表沉陷量增大而趋于稳定值，利用该模型可实现后续沉陷量的精准预测。进一步分析发现，主断面上各GNSS站点Boltzmann模型参数的空间变化符合高斯函数分布特征，采用不少于5个GNSS站点的观测数据即可稳定拟合高斯函数参数，据此建立了地表任意点动态沉陷的Boltzmann预测模型。实测数据验证表明，上述基于少数（不少于5个）站点GNSS时序观测数据所构建的Boltzmann模型，具有很好的参数确定性及预测精度，这为西部矿区地表沉陷的动态监测和预测提供了有效手段。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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