Tanh时间函数在采空区地表沉降预测中的应用

作     者：顿志林 杜海广 邹友峰 顿志元 任连伟 王文唱 陈绍杰 

作者机构：河南理工大学土木工程学院 河南省采空区场地生态修复与建设技术工程研究中心 黄河交通学院交通工程学院 河南理工大学测绘与国土信息工程学院 焦作大学土木建筑工程学院 河南理工大学安全科学与工程学院 山东科技大学能源与矿业工程学院 

出 版 物：《河南理工大学学报(自然科学版)》 (Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science))

年 卷 期：2025年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金联合基金重点项目(U23A20600) 

主　　题：采空区场地 地表沉降 双曲正切时间函数 误差平方和倒数法变权组合模型 

摘      要：目的 针对现有采空区地表沉降动态预测方法中存在单项时间函数模型预测效果不佳、可靠性不足和变权组合模型确定权重难度大等问题，方法 引入双曲正切函数(Tanh)，并对该函数进行优化，提出一种适用于采空区地表沉降预测的双参数Tanh时间函数，分析参数变化对Tanh时间函数曲线形态的影响规律，给出Tanh时间函数参数的辨识方法；建立采空区地表沉降预测方差倒数法等权组合模型和误差平方和倒数法变权组合模型，并应用于钱家营矿1176东工作面采空区地表实例中。结果 结果表明，对于23号点，Tanh时间函数模型的均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)、平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为35.03,28.192,0.102，均小于常用的MMF时间函数模型的对应指标，此外，2种组合模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)均小于其组合中的单项时间函数模型，其中，误差平方和倒数法变权组合模型的RMSE,MAE,MAPE在4种模型中均最小。结论 本文提出的Tanh时间函数模型能够实现采空区地表沉降的有效动态预测。利用误差平方和倒数法变权组合模型计算可变权重简单、快捷，而且相对于方差倒数法等权组合模型表现出较优的预测准确性和稳定性，在地表复杂变化区间的沉降预测值与实测值仍大致相同，说明应用误差平方和倒数法变权组合模型进行采空区地表沉降动态预测更具优势。