煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法技术

技术编号:20390079 阅读:24 留言:0更新日期:2019-02-20 02:56
本发明专利技术提出一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,涉及煤矿底板突水评判预测技术领域,本煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法包括以下步骤:步骤一、选取底板突水评价指标;步骤二、将底板突水评价指标划分为连续变量指标和离散变量指标;步骤三、将底板突水的评判危险等级分级;步骤四、建立底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型;步骤五、确定底板突水评价指标的权重系数;步骤六、计算底板突水评价指标对应各危险等级隶属度;步骤七、计算煤层底板突水与各危险等级的关联度;步骤八、确定煤层底板突水的危险等级。本发明专利技术的有益效果:实现对煤层底板突水准确预测评判。

【技术实现步骤摘要】
煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法
本专利技术涉及煤矿底板突水评判预测
,特别是涉及一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法。
技术介绍
随着浅部煤炭资源的枯竭,目前的煤炭开采转向了深部煤层的开采。深部开采常常伴有高地应力、高地温、高渗透压的“三高”特征和相对复杂的水水文地质条件,使得生产过程中各种灾害事故频发,尤其是底板突水事故。因此,进行提前科学合理的突水危险性预测评价成了预防深部开采底板突水的重要手段。煤层底板突水是一种受控于多因素影响且具有非常复杂形成机理的非线性动力现象。传统的经验、半经验或统计等模型不能准确预测评价煤层底板突水。如1964年焦作矿区水文地质大会借鉴匈牙利韦格弗伦斯相对系数概念(隔水层厚度与水压力之比)提出的突水系数评价法。该方法仅考虑充水含水层水压和煤层底板隔水岩段厚度这2个控制底板突水的主控因素。该方法所能考虑的突水控制因素极为有限,未能描述煤层底板突水这种受控于多因素且具有非常复杂机理的非线性动力现象,歪曲了煤层底板十分复杂的突水机理,已不能适应新的采矿方法和新的地质环境条件下的煤层底板突水评价。目前工程实践技术人员进行了各种底板突水危险性预测的改进,并取得了一定程度的改善。但是,美中不足的是,目前的技术方案大都采用了反演识别或学习训练样本的机器学习方法,其精确度受到样本量大小的影响,或限制了特定条件而不具有普遍适用性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,解决煤层底板突水预测评判不准确的技术问题。本专利技术提供一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,包括以下步骤:步骤一、选取底板突水评价指标底板突水评价指标包括一级评价指标和二级评价指标;一级评价指标包括地质构造B1、水文地质条件B2、底板隔水层情况B3和开采条件B4;地质构造B1包括断裂密度C1、断层导水性C2和裂隙发育程度C3共三个二级评价指标;水水文地质条件B2包括承压水水压C4、含水层水性C5、岩溶发育情况C6和强水源补给C7共四个二级评价指标;底板隔水层情况B3包括隔水层厚度C8、隔水层强度C9和隔水层完整性C10共三个二级评价指标;开采条件B4包括开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14共四个二级评价指标;步骤二、将底板突水评价指标划分为连续变量指标和离散变量指标连续变量指标包括断裂密度C1、承压水水压C4、隔水层厚度C8、隔水层强度C9、开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14;离散变量指标包括断层导水性C2、裂隙发育程度C3、含水层水性C5、岩溶发育情况C6、强水源补给C7和隔水层完整性C10;步骤三、将底板突水的评判危险等级分级底板突水的评判危险等级分为5级,分别对应V={易,较易,一般,较难,难}={I,II,III,IV,V};步骤四、建立底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型连续变量指标的危险等级划分采用单因子量化分级,采用三角模糊数计算模型求解连续变量指标的危险等级隶属度;采用德尔菲法建立模型求解离散变量指标的危险等级隶属度;步骤五、确定底板突水评价指标的权重系数采用层次分析法确定一级评价指标权重矩阵wB;步骤六、计算底板突水评价指标对应各危险等级隶属度采集煤矿煤层底板的各底板突水评价指标的测量值,将各个底板突水评价指标的测量值无量纲处理,由底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型计算得到各底板突水评价指标对应各危险等级隶属度;步骤七、计算煤层底板突水与各危险等级的关联度由各底板突水评价指标对应各危险等级隶属度得到一级评价指标的模糊判断矩阵R,将一级评价指标的模糊判断矩阵R和一级评价指标权重矩阵wB进行模糊变换得到模糊评价结果D,D=wB×R;步骤八、确定煤层底板突水的危险等级根据模糊评价结果D和最大隶属度原则,参照底板突水的评判危险等级,得出煤矿煤层底板突水的危险等级。进一步的,所述三角模糊数计算模型:底板突水评价指标值与危险等级成负相关的指标c8、c9,所述三角模糊数计算模型调整如下:式中,xi(i=1,4,8,9,11,12,13,14)为连续变量指标值,Ci1、Cij(j=2,3,4)、Ci5为xi对应5个危险等级隶属度,ai1、aij(j=2,3,4)、ai5为风险等级划分标准值。与现有技术相比,本专利技术的煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法及施工方法具有以下特点和优点:1、本专利技术的煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,基于模糊数学理论,能够详实描述煤层底板这种复杂突水机理和受控因素颇多的非线性动力现象,且针对连续变量和离散变量的特征,分别采用三角模糊数和德尔菲法进行危险等级隶属度的求解,较好地解决了煤层底板突水预测评判的难题。2、本专利技术的煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,突破了煤层底板突水评价传统的突水系数法仅能考虑两个控制因素且无影响“权重”概念等重大缺陷的束缚和现有的采用反演识别或学习训练样本的机器学习方法预测精准度及受特定条件限制不具有普遍适用性的问题,采用层次分析和模糊数学理论和方法,真实反映煤层底板突水这种受控于多因素且具有非常复杂形成机理的非线性动力过程。结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后,本专利技术的特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法的流程图;图2为本专利技术实施例中连续变量指标隶属函数图形曲线;图3为本专利技术实施例中底板突水评价指标的模型示意图。具体实施方式如图1至图3所示,本实施例提供一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,包括以下步骤:步骤一、选取底板突水评价指标底板突水评价指标包括一级评价指标和二级评价指标。一级评价指标包括地质构造B1、水文地质条件B2、底板隔水层情况B3和开采条件B4。地质构造B1以断裂构造为主,是底板突水的主要控制因素,断层破坏了煤层底板的完整性,降低了岩体强度,缩短了含水层水体与底板的距离。地质构造B1包括断裂密度C1、断层导水性C2和裂隙发育程度C3共三个二级评价指标。水水文地质条件B2包括承压水水压C4、含水层水性C5、岩溶发育情况C6和强水源补给C7共四个二级评价指标。水压是造成底板突水的力学条件,强水源补给则影响突水规模的大小。底板隔水层是唯一的隔水屏障,阻隔能力体现在隔水层的厚度,岩体的力学性质,隔水层完整性。底板隔水层情况B3包括隔水层厚度C8、隔水层强度C9和隔水层完整性C10共三个二级评价指标。开采导致原岩应力失衡必然引起煤层底板的破坏。开采条件B4包括开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14共四个二级评价指标。步骤二、将底板突水评价指标划分为连续变量指标和离散变量指标连续变量指标包括断裂密度C1、承压水水压C4、隔水层厚度C8、隔水层强度C9、开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14。离散变量指标包括断层导水性C2、裂隙发育程度C3、含水层水性C5、岩溶发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、选取底板突水评价指标底板突水评价指标包括一级评价指标和二级评价指标;一级评价指标包括地质构造B1、水文地质条件B2、底板隔水层情况B3和开采条件B4;地质构造B1包括断裂密度C1、断层导水性C2和裂隙发育程度C3共三个二级评价指标;水水文地质条件B2包括承压水水压C4、含水层水性C5、岩溶发育情况C6和强水源补给C7共四个二级评价指标;底板隔水层情况B3包括隔水层厚度C8、隔水层强度C9和隔水层完整性C10共三个二级评价指标;开采条件B4包括开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14共四个二级评价指标;步骤二、将底板突水评价指标划分为连续变量指标和离散变量指标连续变量指标包括断裂密度C1、承压水水压C4、隔水层厚度C8、隔水层强度C9、开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14;离散变量指标包括断层导水性C2、裂隙发育程度C3、含水层水性C5、岩溶发育情况C6、强水源补给C7和隔水层完整性C10;步骤三、将底板突水的评判危险等级分级底板突水的评判危险等级分为5级,分别对应V={易,较易,一般,较难,难}={I,II,III,IV,V};步骤四、建立底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型连续变量指标的危险等级划分采用单因子量化分级,采用三角模糊数计算模型求解连续变量指标的危险等级隶属度;采用德尔菲法建立模型求解离散变量指标的危险等级隶属度;步骤五、确定底板突水评价指标的权重系数采用层次分析法确定一级评价指标权重矩阵wB;步骤六、计算底板突水评价指标对应各危险等级隶属度采集煤矿煤层底板的各底板突水评价指标的测量值,将各个底板突水评价指标的测量值无量纲处理,由底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型计算得到各底板突水评价指标对应各危险等级隶属度;步骤七、计算煤层底板突水与各危险等级的关联度由各底板突水评价指标对应各危险等级隶属度得到一级评价指标的模糊判断矩阵R,将一级评价指标的模糊判断矩阵R和一级评价指标权重矩阵wB进行模糊变换得到模糊评价结果D,D=wB×R;步骤八、确定煤层底板突水的危险等级根据模糊评价结果D和最大隶属度原则,参照底板突水的评判危险等级,得出煤矿煤层底板突水的危险等级。...

【技术特征摘要】
1.一种煤层底板突水评价的二级模糊综合评判方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、选取底板突水评价指标底板突水评价指标包括一级评价指标和二级评价指标;一级评价指标包括地质构造B1、水文地质条件B2、底板隔水层情况B3和开采条件B4;地质构造B1包括断裂密度C1、断层导水性C2和裂隙发育程度C3共三个二级评价指标;水水文地质条件B2包括承压水水压C4、含水层水性C5、岩溶发育情况C6和强水源补给C7共四个二级评价指标;底板隔水层情况B3包括隔水层厚度C8、隔水层强度C9和隔水层完整性C10共三个二级评价指标;开采条件B4包括开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14共四个二级评价指标;步骤二、将底板突水评价指标划分为连续变量指标和离散变量指标连续变量指标包括断裂密度C1、承压水水压C4、隔水层厚度C8、隔水层强度C9、开采厚度C11、开采深度C12、工作面斜长C13和工作面走向长C14;离散变量指标包括断层导水性C2、裂隙发育程度C3、含水层水性C5、岩溶发育情况C6、强水源补给C7和隔水层完整性C10;步骤三、将底板突水的评判危险等级分级底板突水的评判危险等级分为5级,分别对应V={易,较易,一般,较难,难}={I,II,III,IV,V};步骤四、建立底板突水评价指标对应各危险等级隶属度计算模型连续变量指标的危险等级划分采用单因...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙文斌薛彦超邢鲁义杜后谦邵建立周斐
申请(专利权)人:山东科技大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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