一种矿井动力灾害预测方法技术

本发明专利技术公开了一种矿井动力灾害预测方法，该矿井动力灾害预测方法包括：矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价；矿井动力灾害一级预测，以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分；矿井动力灾害二级预测，在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测。本发明专利技术实现了预测结果的数字化和可视化，为矿井动力灾害的防治提供指导，为有针对性的采取防治措施提供了科学依据，避免了盲目采取措施的经济浪费。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿井动力灾害研究领域，尤其涉及。
技术介绍
煤与瓦斯突出、冲击地压和矿震统称为矿井动力灾害，是煤矿中的主要动力灾害。我国是世界上矿井动力灾害最为严重的国家之一，同时具有2种以上动力灾害的矿井逐渐增多。未来10年内，我国将有相当数量矿井进入深部开采。深部开采是目前世界范围内采矿业面临的共同问题。世界主要产煤国家矿井开采深度逐年增加，美国、德国、英国等发达国家一些矿井的开采深度已达到1500m。在我国，随着国民经济和社会发展，对矿产资源的需求不断增加，浅部矿产资源正逐步走向枯竭，矿产资源开采深度日益增加。随着煤炭开采的发展和浅部可采储量的逐年减少，深部开采成为很多煤矿必须面临的问题。在深部开采条件下，由于煤岩结构的动力学特性与浅部开采明显不同，必然表现出其特有的工程动力响应，同时煤矿所特有的大面积开采和层状介质变形破坏的时效性特点，使得煤矿深部动力灾害的致灾机理更加复杂，监测预警和防治将更加困难。如何面对深部开采的复杂地质条件，及时解决深部开采所涉及的技术性问题，是每一位煤炭行业科研工作者和工程技术人员都应该考虑的重要课题，也是国家经济、社会和科学技术自身发展的重大需求。目前矿井动力灾害预测手段准确率不高，防治措施的有效性也不十分理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，旨在解决目前矿井动力灾害预测手段准确率不高，防治措施的有效性也不十分理想的问题。本专利技术是这样实现的，包括矿区自然地质动力条件分析、矿井煤层动力灾害一级预测和矿井工作面动力灾害二级预测；矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价，据此判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件；矿井动力灾害一级预测以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分，一级预测时间范围是全矿井服务期间，区域范围整个井田；矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测，矿井动力灾害二级预测的时间范围3-5年，区域范围为回采工作面。进一步，所述的矿区自然地质动力条件分析包括:矿区构造控制特征及应力场演化分析、地形曲率对煤与瓦斯突出影响的分析、矿井动力灾害和天然地震的相关性的分析、煤与瓦斯突出系统的能量分析。进一步，所述的矿井动力灾害一级预测考虑自然因素，运用多因素模式识别方法，将研究区域划分为有限个预测单元，在空间数据管理的基础上，分析影响矿井动力灾害的主要因素，通过相应的研究方法确定各影响因素的量值，运用多因素模式识别技术进行综合智能分析，通过对已发生矿井动力灾害区域分析，分析多个影响因素与矿井动力灾害之间的内组合模式与确定的矿井动力灾害预测模式对比分析，应用神经网络和模糊推理方法确定与预测区域的内在联系，即通过开采区域多因素的组合确定预测模式，将未开采区域的多因素各单元的危险性概率，根据各单元危险性，按确定的危险性概率临界值划分井田的矿井动力灾害危险区域，对井田的矿井动力灾害危险性做出评估。进一步，所述的矿井动力灾害二级预测的具体步骤包括:步骤一、确定预测区域，按照矿井开采规划，确定主采煤层矿井动力灾害二级预测范围，具体到回采工作面；步骤二、选择影响因素，影响因素包括自然因素和人为因素，自然因素包括:原岩应力、煤层厚度、断裂构造、原始瓦斯参数、煤岩物理力学性质，人为因素包括:保护层开采、工作面回采导致的采动应力、瓦斯抽采导致瓦斯含量的变化，钻孔瓦斯涌出初速度q和钻屑量S等工作面检测指标；步骤三、划分预测单元，一级预测基础上，对规划回采工作面进行二级单元的划分；步骤四、矿井动力灾害危险性预测，运用多因素模式识别技术进行综合智能分析，通过对已发生突出区域分析，确定多个影响因素的组合模式及与矿井动力灾害之间的内在联系，将确定的模式与已开采区域的矿井动力灾害模式对比分析，应用BP人工神经网络算法预测区域各单元的危险性概率，根据各单元危险性，按不同的危险性概率临界值，划分井田的矿井动力灾害危险危险性区域，对预测区域的矿井动力灾害危险性做出评估。进一步，所述的应用BP人工神经网络算法预测区域各单元的危险性概率的具体步骤包括:步骤一、运用地质动力区划、地应力测量、现场测试等手段获取各影响因素原始数据；步骤二、对各影响因素按以下步骤提取主成分:第一步、将原始数据标准化；第二步、求相关系数矩阵R ；第三步、求矩阵R的特征值和相应的特征向量及贡献率，并提取主要成分；第四步、根据上述表达式对标准化后的数据进行主成分分析计算；步骤三、建立神经网络预测模型。效果汇总本专利技术在一级预测的基础上，首先对矿井动力灾害一级预测的影响因素及指标进行分析和提取，继续细化构造形式和特征等自然地质动力因素，实现预测结果的数字化和可视化，为矿井动力灾害的防治提供指导，为有针对性的采取防治措施提供了科学依据，避免了盲目采取措施的经济浪费。【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的矿井动力灾害预测方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的煤与瓦斯突出等矿井动力灾害和天然地震(MS >2.1)时序对比；图3是本专利技术实施例提供的煤与瓦斯突出等矿井动力灾害和天然地震(MS >2.1)震级对比；图4是本专利技术实施例提供的煤与瓦斯突出等矿井动力灾害和天然地震(MS >2.1)频次对比；图5是本专利技术实施例提供的东矿区煤与瓦斯年突出煤量和天然地震年释放能量对比直方图；图6是本专利技术实施例提供的东矿区煤与瓦突出年突出瓦斯量和天然地震年释放能量比对直方图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面以平顶山矿区的矿井动力灾害预测为例，对本专利技术的工作原理做进一步说明:本专利技术是这样实现的，包括矿区自然地质动力条件分析、矿井煤层动力灾害一级预测和矿井工作面动力灾害二级预测；矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价，据此判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件；矿井动力灾害一级预测以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分，一级预测时间范围是全矿井服务期间，区域范围整个井田；矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测，矿井动力灾害二级预测的时间范围3-5年，区域范围为回采工作面。进一步，所述的矿区自然地质动力条件分析包括:矿区构造控制特征及应力场演化分析、地形曲率对煤与瓦斯突出影响的分析、矿井动力灾害和天然地震的相关性的分析、煤与瓦斯突出系统的能量分析。1、矿区构造控制特征及应力场演化分析:通过研究矿区的构造特征分析，平顶山矿区地质构造形迹主要以NW向为主，NE向次之。NW向地质构造表现为压扭性质，以挤压、剪切作用为主，NE向以拉张、剪切作用为主。平顶山东部矿区的八矿、十矿、十二矿，位于NW向断裂、褶曲控制的构造复杂区，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井动力灾害预测方法，其特征在于，所述的矿井动力灾害预测方法包括矿区自然地质动力条件分析、矿井煤层动力灾害一级预测和矿井工作面动力灾害二级预测；矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价，据此判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件；矿井动力灾害一级预测以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分，一级预测时间范围是全矿井服务期间，区域范围整个井田；矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测，矿井动力灾害二级预测的时间范围3‑5年，区域范围为回采工作面。

【技术特征摘要】
1.一种矿井动力灾害预测方法，其特征在于，所述的矿井动力灾害预测方法包括矿区自然地质动力条件分析、矿井煤层动力灾害一级预测和矿井工作面动力灾害二级预测； 矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价，据此判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件； 矿井动力灾害一级预测以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分，一级预测时间范围是全矿井服务期间，区域范围整个井田； 矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测，矿井动力灾害二级预测的时间范围3-5年，区域范围为回采工作面。2.如权利要求1所述的矿井动力灾害预测方法，其特征在于，所述的矿区自然地质动力条件分析包括:矿区构造控制特征 及应力场演化分析、地形曲率对煤与瓦斯突出影响的分析、矿井动力灾害和天然地震的相关性的分析、煤与瓦斯突出系统的能量分析。3.如权利要求1所述的矿井动力灾害预测方法，其特征在于，所述的矿井动力灾害一级预测考虑自然因素，运用多因素模式识别方法，将研究区域划分为有限个预测单元，在空间数据管理的基础上，分析影响矿井动力灾害的主要因素，通过相应的研究方法确定各影响因素的量值，运用多因素模式识别技术进行综合智能分析，通过对已发生矿井动力灾害区域分析，分析多个影响因素与矿井动力灾害之间的内组合模式与确定的矿井动力灾害预测模式对比分析，应用神经网络和模糊推理方法确定与预测区域的内在联系，即通过开采区域多因素的组合确定预测模式，将未开采区域的多因素各单元的危险性概率，根据各单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，郭超，陈蓥，宋卫华，吕鹏飞，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21