一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，属于煤层顶板离层水害防治领域，解决了离层水害评价问题。采用离层突水系数来表示待评价区的突水风险，离层突水系数指的是离层水压与有效保护层厚度的比值，其中，有效保护层厚度包括离层下方未断岩层厚度和已断裂岩层的等效保护层厚度，而已断裂岩层的隔水性是因为水流作用下裂隙具有自愈效应所致。采用断裂岩层内裂隙闭合程度评价指数来表示断裂岩层的隔水能力。通过案例分析，借助熵权法获得未断裂岩层厚度与已断裂岩层裂隙闭合程度评价指数在阻隔突水中的权重，通过权重对比分析，获得已断裂岩层的等效保护层厚度计算公式。层厚度计算公式。层厚度计算公式。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法


[0001]本专利技术涉及煤层顶板离层水害防治领域，具体是一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法。

技术介绍

[0002]覆岩离层为煤层开采过程中覆岩不均匀沉降形成的层状空腔，当离层内积聚了来自周围含水层的水体后变形成了离层水，当离层水突然下泄至采空区便形成了离层突水。鄂尔多斯盆地巨厚白垩系下开采面临离层水害威胁，近几年盆地内已发生多起离层突水事故。盆地内白垩系离层水为突水水源，白垩系下方的侏罗系覆岩为阻止离层水下泄的保护层。保护层由上部未断裂岩层与下部已断裂岩层组成，由于侏罗系岩层胶结程度低，遇水易泥化、崩解，导致侏罗系覆岩内裂隙在水流作用下易闭合，促使已断裂的侏罗系岩层重新具备了隔水能力。因此，开展离层水害评价工作时，应考虑已断裂岩层的隔水性。
[0003]离层水害评价是开展离层水害治理工作的前提。目前，国外暂无离层水突水危险性评价相关研究成果，国内仅有李文平教授团队开展过专门的离层水突水危险性评价。李文平教授团队提供的离层水突水危险性评价方法有两种，分别为多因素加权叠加法、顶板突水系数法。在运用多因素加权叠加法的过程中，由于数据规格化处理结果会受到样本取值区间的影响，导致评价结果会受到样本取值区间的影响。另外，在运用多因素加权叠加法的过程中，不同风险等级之间分界值的确定往往借助GIS软件的自然间断分级功能实现，而非参考实际发生过/未发生过突水的坐标点的危险性来实现。所以，严格来讲，其划分结果只能反映评价区内不同位置风险等级相对大小，不能反映各位置突水风险绝对大小。因此该方法获得的评价结果应用价值不大。在运用突水系数法进行离层突水风险评估时，不同风险等级之间的分界值是基于底板突水系数临界值的经验值来确定，而底板突水系数临界值是否适用于顶板离层突水系数临界值的确定仍有待商榷。此外，已有的多因素加权叠加法中，贺江辉考虑到了侏罗系岩层具有裂隙自愈效应，但仅考虑到侏罗系泥岩的自愈效应，忽略了侏罗系砂岩裂隙由于易被崩解后的岩屑填充而同样具有裂隙自愈效应的事实，且其计算侏罗系泥岩裂隙闭合潜力时，仅考虑到泥岩厚度、高度两个因素，未考虑到泥岩裂隙宽度的影响。而已有顶板突水系数法在进行离层突水系数计算时，未考虑到具有裂隙自愈效应的断裂岩层的隔水性。
[0004]综上，目前国内外在离层突水风险评价上，尚缺少考虑断裂岩层隔水性的、能够反映突水风险绝对值的评价方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，本专利技术通过分析了侏罗系裂隙岩体隔水性，构建了已断裂岩层裂隙闭合程度评价指数计算公式、侏罗系断裂岩层等效保护层厚度计算公式，并基于离层突水系数法提出了一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法。用以解决现有多因素加权叠加法中
评价结果受样本取值区间影响、现有多因素加权叠加法及顶板突水系数法未考虑断裂岩层隔水性的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，包括以下步骤：
[0008]S1:确定影响离层突水风险关键因素；
[0009]S2:获取影响离层突水风险关键因素量化值；
[0010]S3:求取P
b
、H
U
、C
m
、C
s
在突水中的权重；
[0011]S4:求取断裂岩层等效保护层厚度；
[0012]S5:计算离层突水系数；
[0013]S6:构建基于离层突水系数法的离层突水风险等级划分标准。
[0014]进一步的，所述步骤S1中直接影响突水的因素包括：离层突水水压P
b
、未断裂保护层厚度H
U
、已断裂保护层内泥岩裂隙闭合程度评价指数C
m
和已断裂保护层内砂岩裂隙闭合程度评价指数C
s
。
[0015]进一步的，所述步骤S2中：
[0016]C
m
的计算公式如下：
[0017][0018][0019]式中，C
mi
、h
mi
和ε
mi
分别指已断裂保护层中第i层泥岩的裂缝闭合程度评价指数、厚度和可用沉降空间高度，η为裂隙岩体的平均碎胀系数，可通过现场监测得到，M为煤层采厚，H
mi
指已断裂保护层中第i层泥岩层与煤层之间所有地层的总厚度；
[0020]C
s
的计算公式如下：
[0021][0022][0023]式中，C
si
、h
si
和ε
si
分别指已断裂保护层中第i层砂岩的裂缝闭合程度评价指数、厚度和可用沉降空间高度，η为裂隙岩体的平均碎胀系数，可通过现场监测得到，M为煤层采厚，H
si
指已断裂保护层中第i层砂岩层与煤层之间所有地层的总厚度。
[0024]进一步的，在步骤S4中，断裂岩层等效保护层厚度(H
E
)的计算公式如下：
[0025]H
E
＝2.039C
m
+1.301C
s
。
[0026]进一步的，所述步骤S5中，任一坐标点(x
i
,y
i
)处的离层突水系数(BWIC)的计算公式如下：
[0027][0028]式中，分别指坐标点(x
i
,y
i
)处的离层
突水系数、离层水压、未断裂保护层厚度、已断裂保护层内断裂岩层等效保护层厚度。
[0029]进一步的，所述步骤S6中，基于离层突水系数法的离层突水风险等级划分标准如下：
[0030][0031]式中，为坐标点为(x
i
,y
i
)的待评估位置离层突水系数。
[0032]本专利技术的有益效果：
[0033]1.本专利技术提供的这种离层突水风险评价方法，将直接参与离层突水的两个因素——离层水、离层下方保护层考虑进去，评价结果不受样本取值区间的影响，获得的离层突水系数可作为离层突水风险绝对值来进行后期突水风险对比分析；
[0034]2.本专利技术提供的这种离层突水风险评价方法，考虑到侏罗系裂隙岩体由于具备裂隙自愈效应而仍具有一定阻隔突水能力的实际情况，评价结果更符合实际情况；
[0035]3.本专利技术提供的这种离层突水风险评价方法，给出了计算裂隙岩体等效保护层厚度的计算公式，为分析发生裂隙自愈现象的裂隙岩体的隔水性提供了工具；
[0036]4.本专利技术提供的这种离层突水风险评价方法，构建了基于离层突水系数法的离层突水风险等级划分标准。
附图说明
[0037]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0038]图1是本专利技术覆岩离层示意图；
[0039]图2是本专利技术石拉乌素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1:确定影响离层突水风险关键因素；S2:获取影响离层突水风险关键因素量化值；S3:求取P
b
、H
U
、C
m
、C
s
在突水中的权重；S4:求取断裂岩层等效保护层厚度；S5:计算离层突水系数；S6:构建基于离层突水系数法的离层突水风险等级划分标准。2.根据权利要求1所述的一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，其特征在于，所述步骤S1中直接影响突水的因素包括：离层突水水压P
b
、未断裂保护层厚度H
U
、已断裂保护层内泥岩裂隙闭合程度评价指数C
m
和已断裂保护层内砂岩裂隙闭合程度评价指数C
s
。3.根据权利要求1所述的一种考虑断裂保护层隔水性的覆岩离层突水风险评价方法，其特征在于，所述步骤S2中：C
m
的计算公式如下：的计算公式如下：式中，C
mi
、h
mi
和ε
mi
分别指已断裂保护层中第i层泥岩的裂缝闭合程度评价指数、厚度和可用沉降空间高度，η为裂隙岩体的平均碎胀系数，可通过现场监测得到，M为煤层采厚，H
mi
指已断裂保护层中第i层泥岩层与煤层之间所有地层的总厚度；C
s
的计算公式如...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺江辉，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：