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厚松散层条件下概率积分法求参的优化与实践研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着煤炭资源开采规模的不断扩大，开采深度和强度持续增加，越来越多的煤矿面临厚松散层覆盖的开采条件。厚松散层下开采时，地表移动变形规律与常规条件下存在显著差异，给矿山开采带来了诸多挑战。由于松散层的特殊力学性质，其对上覆岩层的支撑能力较弱，在煤层开采过程中，容易引发更大范围的地表沉陷和变形。例如，淮南矿区新生界第三纪和第四纪冲积层厚度大，达140-485m，平均厚度为300m，且含有多层流砂层，该矿区在厚松散层下采煤时，地表下沉系数大，采动影响持续时间长，对地表建筑设施构成严重危害。

准确掌握厚松散层下开采的地表移动变形规律，对于保障矿山安全生产、合理留设保安煤柱、解决“三下”采煤问题以及减少对地表生态环境的破坏具有重要意义。概率积分法作为目前应用最为广泛的开采沉陷预计方法之一，在厚松散层条件下的参数确定至关重要。概率积分法的预计结果精度主要取决于预计参数的可靠性，而不同地质条件下的概率积分法参数存在差异，在厚松散层条件下，由于其特殊的地质结构和力学特性，使得参数的确定更为复杂。

目前，针对厚松散层条件下概率积分法参数的求取，虽然已经开展了一些研究工作，但仍存在诸多问题。部分研究方法对观测数据质量要求较高，当观测数据存在粗差时，参数反演结果易受影响，导致预计精度下降。不同研究方法得到的参数存在一定差异，缺乏统一的、精准有效的求参方法，使得在实际应用中难以选择合适的参数进行地表移动预计。因此，开展厚松散层条件下概率积分法求参方法研究具有重要的现实意义。

本研究旨在深入探讨厚松散层条件下概率积分法的求参方法，通过对现有求参方法的分析和改进，结合实际工程案例，提出更加准确、可靠的求参方法。这不仅有助于提高厚松散层下开采沉陷预计的精度，为矿山开采提供科学依据，减少因开采沉陷导致的地表建筑物破坏、地表裂缝和积水等问题，保护矿区生态环境；还能为类似地质条件下的矿山开采提供参考，推动矿山开采技术的发展，促进煤炭资源的安全、高效开采，具有重要的理论价值和工程实践意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对于开采沉陷的研究起步较早，在厚松散层开采沉陷及概率积分法求参方面取得了一定的成果。波兰是较早开展开采沉陷研究的国家之一，其基于随机介质理论提出的概率积分法，为开采沉陷预计奠定了重要基础。在厚松散层条件下，波兰学者通过大量的现场观测和理论分析，研究了松散层厚度、岩性等因素对地表移动变形的影响，并对概率积分法的参数进行了一些探讨。

俄罗斯在开采沉陷领域也有深入研究，通过建立力学模型，分析了厚松散层下开采时覆岩和地表的移动规律，在概率积分法参数确定方面，采用了现场实测与理论计算相结合的方法，考虑了开采深度、煤层厚度等因素对参数的影响。

美国等国家则借助先进的监测技术，如InSAR（合成孔径雷达干涉测量）等，对地表移动进行高精度监测，获取了丰富的数据，为概率积分法求参提供了更全面的数据支持，在此基础上，通过数值模拟和数据分析，研究了不同地质条件下概率积分法参数的变化规律。

1.2.2国内研究现状

国内对开采沉陷的研究始于20世纪50年代，随着煤炭工业的发展，在厚松散层开采沉陷及概率积分法求参方面开展了大量的研究工作。许多学者针对厚松散层的特殊地质条件，对概率积分法的参数求取方法进行了改进和创新。赵启峰等根据岩层移动分层传递观点，结合厚松散层下开采地表移动特征，建立了厚松散层下煤层开采沉陷预测模型，并对模型中的参数进行了研究。许延春等通过离散元模拟不同采矿条件和不同松散层条件下厚松散层、地表移动变形特征，分析了影响概率积分法参数的因素。

在参数求取方法上，国内学者提出了多种方法。例如，采用最小二乘法对地表移动观测数据进行拟合，求取概率积分法参数，但该方法易受粗差影响；为了克服最小二乘法的不足，有学者引入稳健估计法，如王晓辉等在嘉乐泉煤矿实测资料基础上进行人工异值干扰求参试验，比较了13种常用稳健估计方法的稳健特性，得出L1法、German-McClure方法和IGGIII方案较其他稳健估计方法相对更有效；还有学者将智能优化算法应用于概率积分法求参，如徐可心等将改进标准粒子群（SPSO）算法引入概率积分法求参过程，构建基于改进SPSO算法的概率积分法求参模型，提高了参数反演的精度和运算效率。

1.2.3研究现状总结与不足

国内外学者在厚松散层开采沉陷及概率积分法求参方面取得了众多成果，通过理论分析、数值模拟和现场监测等手段，对厚松散层下开采的地表移动变形规律有了较为深入的认识，提出了多种概率积分法求参方法。然而，目前的研究仍存在一些不足之处。

一方面，不同地区的地质条件差异较大，现有的求