工作面回采阶段围岩响应动态感知方法

本发明涉及矿山工程与岩土工程，具体涉及工作面回采阶段围岩响应动态感知方法。

背景技术：

1、工作面回采阶段围岩响应动态感知是指在煤矿综采工作面推进采煤过程中，围绕煤层开采引起的应力重分布、岩体位移演化及结构破坏发展等一系列变化，对围岩在时间与空间上的连续响应进行实时获取、关联组织与趋势刻画的技术过程。该过程不仅包含对支承压力转移、顶板下沉、底板隆起及裂隙扩展等关键物理量的持续采集，还强调对这些变化之间的耦合关系进行同步表达，通过按推进顺序构建连续变化轨迹，使分散出现的局部响应能够被整合为具有演化规律的整体过程，从而为判断矿压显现强度、识别异常应力集中区段以及指导支护与回采节奏提供动态依据。本质上，该概念体现的是将传统离散监测提升为随采动过程持续展开的时空一体化感知与演化表达。

2、现有技术存在以下不足：

3、在工作面回采阶段持续推进时，围岩在不同空间位置形成的应力变化节奏与位移演化节奏本应呈分散展开状态，但当时间推进过程中各变化节奏发生偏移并逐步压缩至相近时间区间时，将出现周期错位叠加现象，使原本相互独立的变化过程在同一时间段内集中重合，从而导致应力释放与位移变化同步增强并形成异常峰值放大效应，进而引发局部响应强度突增及演化趋势突变，造成围岩稳定状态难以及时识别并显著提高突发失稳风险。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供工作面回采阶段围岩响应动态感知方法，以解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：工作面回采阶段围岩响应动态感知方法，包括以下步骤：

3、对工作面回采阶段沿推进方向各位置的应力增量数值、位移起伏幅度数值及时间间隔数值进行采集，按照统一推进距离进行对齐标定，并通过滑动时间窗进行分段重排，形成用于表征各位置变化出现先后偏移幅值的节奏差异记录；

4、基于节奏差异记录提取各位置变化出现时刻对应的时间偏移量，通过邻位差分计算及区段展开处理构建时间偏移差分布，并按时间偏移量的递进关系进行重排，得到用于表征集中重合时间区间的错位聚集区段；

5、针对错位聚集区段内的应力增量变化幅度及位移起伏幅度执行分段拆散处理，按照时间偏移差分布进行递次错开分布，并对变化幅度执行比例调节以保持变化顺序一致，形成同段重合程度降低的变化展开状态；

6、面向变化展开状态，对后续推进过程中新增的应力增量变化及位移起伏变化进行时间牵引处理，通过时间索引偏移及邻区间重映射，将进入同一时间区间的变化分散至相邻时间位置，同时对变化幅度增长速率进行压缩，得到集中叠加程度受控的分散变化结果；

7、针对分散变化结果，对工作面回采阶段整体推进过程中的变化出现节奏执行压缩与延展调节，通过区间重组及节奏拉伸控制，将各位置变化限定在连续递进区间内，形成抑制异常峰值集中放大并维持围岩响应平缓演化的动态感知结果。

8、优选的，对工作面回采阶段沿推进方向多位置变化记录进行推进距离对齐与时间区间重排处理，获取各位置变化先后差异并构建节奏差异记录，步骤如下：

9、获取工作面回采阶段沿推进方向各位置应力增量数值、位移起伏幅度数值及时间间隔数值，将变化记录与推进进尺对应并按推进距离顺序整理得到初始数据集合；

10、结合初始数据集合中推进距离顺序，对各位置变化记录按时间先后顺序重排，通过时间间隔数值串联应力增量数值与位移起伏幅度数值，得到对齐标定结果；

11、引入滑动时间窗处理对齐标定结果，按时间间隔数值划分连续时间区间，对各时间区间执行分段重排得到分段数据结构；

12、结合分段数据结构提取变化出现顺序及时间间隔差异，计算时间偏移关系并与推进距离标识关联，对时间偏移幅值汇总整理得到节奏差异记录。

13、优选的，滑动时间窗按时间间隔数值构建连续时间区间，对各时间区间内变化记录执行重新排序，将不同推进距离下分散出现的应力增量数值与位移起伏幅度数值归入同一分段，并对同一时间区间内变化出现顺序及时间间隔差异进行提取，记录各位置变化之间的时间偏移关系并与推进距离对应关系进行关联。

14、优选的，对节奏差异记录进行时间偏移关系提取与区段组织处理，获得集中重合时间区间的错位聚集区段，步骤如下：

15、读取节奏差异记录中沿推进方向排列的变化记录，提取各空间位置变化出现时刻，以最早变化时刻作为参考起点计算时间间隔，得到按空间位置排列的时间偏移量集合；

16、结合时间偏移量集合，对相邻空间位置执行逐对匹配处理，计算相邻位置时间差值并记录为邻位时间偏移差，将各推进距离范围邻位时间偏移差按顺序排列；

17、沿推进方向扫描邻位时间偏移差，对连续变化一致范围划分区段，整理区段内邻位时间偏移差并按空间顺序排列，得到区段划分的时间偏移差分布；

18、汇总各区段时间偏移量并按数值排序调整区段排列，对相邻区段时间偏移量交叉部分进行集中排列，得到错位聚集区段。

19、优选的，对各区段时间偏移量进行汇总时，按照区段内各空间位置对应时间偏移量进行排序，并对排序结果执行区段位置调整，同时对相邻区段时间偏移量范围交叉部分对应变化记录执行集中排列处理。

20、优选的，对错位聚集区段内变化执行分段拆散与时间错开调节处理，降低同段重合程度并得到变化展开状态，步骤如下：

21、提取错位聚集区段内各空间位置应力增量变化幅度及位移起伏幅度，按时间范围整理变化记录并结合时间偏移差分布进行顺序排列，得到初始变化集合；

22、基于初始变化集合，按时间偏移差大小划分子分段，对各子分段内应力增量变化幅度及位移起伏幅度进行独立展开，得到分段拆散结果；

23、面向分段拆散结果，按子分段排列顺序执行递次错开分布，引入时间间隔调整各子分段位置并保持应力增量变化幅度与位移起伏幅度顺序一致；

24、结合递次错开分布结果，对各子分段内应力增量变化幅度及位移起伏幅度执行比例调节，按排列顺序调整变化幅度并保持对应关系，得到变化展开状态。

25、优选的，对子分段内应力增量变化幅度与位移起伏幅度按排列顺序执行统一比例调整，保持子分段内部变化记录原始顺序不变，并将时间位置靠前的变化幅度保持不变，将后续变化幅度按固定比例逐级调整，以维持应力增量变化幅度与位移起伏幅度对应关系一致。

26、优选的，对变化展开状态中新增变化执行时间牵引与幅度调节处理，分散同一时间区间内变化并获得分散变化结果，步骤如下：

27、接收新增应力增量变化及位移起伏变化，按推进距离插入变化展开状态，对应时间区间赋予时间索引值并按时间索引值排列新增变化；

28、围绕时间索引值排列结果，对同一时间区间内新增变化执行时间索引偏移，将新增变化按顺序移入相邻时间区间并保持排列顺序一致；

29、针对时间索引偏移结果，对新增变化执行邻区间重映射，将时间区间细化划分并按原排列顺序分配至子区间；

30、依托邻区间重映射结果，对新增变化应力增量变化幅度及位移起伏幅度执行增长速率压缩，按时间排列顺序调整变化幅度并保持对应关系，得到分散变化结果。

31、优选的，对同一时间区间内新增变化按排列顺序逐条执行时间位置移动，将位于后部的新增变化移入相邻时间区间，同时保持前部变化位置不改变，并对移动后的新增变化按原排列顺序分配至细化时间子区间，对应应力增量变化幅度与位移起伏幅度按排列顺序执行分阶段延缓调整。

32、优选的，对分散变化结果执行区间重组与节奏拉伸调节处理，实现变化连续递进分布并输出动态感知结果，步骤如下：

33、汇集分散变化结果中全部应力增量变化及位移起伏变化，按推进距离与时间顺序排列变化记录并赋予时间位置标识，得到整体变化分布结构；

34、针对整体变化分布结构，对各时间区间内变化记录数量进行统计，对变化记录集中区间执行拆分处理并对变化记录稀少区间执行合并处理，完成区间重组；

35、面向区间重组结果，对各时间区间内变化记录执行节奏拉伸控制，调整相邻变化记录之间时间间隔并保持应力增量变化幅度与位移起伏幅度顺序一致；

36、结合节奏拉伸控制结果，对各时间区间之间间隔进行压缩与延展调节，保持变化记录时间顺序与幅度对应关系，得到动态感知结果。

37、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

38、本发明通过对工作面回采阶段各位置应力增量数值、位移起伏幅度数值及时间间隔数值进行统一推进距离对齐标定，并结合滑动时间窗分段重排构建节奏差异记录，在此基础上进一步提取时间偏移量并形成时间偏移差分布以及错位聚集区段，使不同空间位置围岩响应在时间维度上的先后关系得到连续表达，从而能够对多位置变化在时间上集中重合的趋势进行提前刻画，使应力变化与位移演化的同步增强过程在形成之前即可被识别，提升对围岩响应演化过程的整体把握能力。

39、本发明通过对错位聚集区段内变化执行分段拆散处理并进行递次错开分布，同时结合时间牵引处理与区间重组及节奏拉伸控制，对后续推进过程中的变化进行持续调节，使原本集中出现的变化在时间维度上被重新分配至连续递进区间内，从而降低变化在同一时间区间内的叠加程度，使应力增量变化幅度与位移起伏幅度的增长过程保持有序展开，进而实现围岩响应由集中突变向平缓演化的转变，为动态感知结果提供稳定表达。