基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法技术

本发明专利技术涉及一种基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，属于煤矿开采冲击地压灾害预防领域，本发明专利技术提出以矿井开采深度作为基础指标，考虑煤层因素、地质构造因素、冲击倾向性因素、上覆岩层因素四类等地质因素得到矿井当量深度，通过比较矿井当量深度和冲击地压发生的临界深度判别是否为冲击地压矿井并划分等级，针对不同等级采取分级管理措施，进而达到冲击地压矿井分级管理的目标，本方法具有科学、简单、直观，可操作性强特点，可作为冲击地压矿井鉴定单位冲击地压矿井判别及等级划分方法，以及指导煤矿安全生产并作为煤矿安全生产监督、检查以及开展冲击地压防治的重要依据，对避免煤矿冲击地压事故保障煤矿安全生产具有重大意义。产具有重大意义。产具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采冲击地压灾害预防领域，尤其涉及一种基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法。

技术介绍

[0002]随着我国能源需求量的增加和开采深度的增加，未来几十年我国大部分矿井将进入深部开采阶段，深部开采煤矿地质赋存条件复杂，越来越多的矿井开采过程中伴随有冲击地压灾害显现。冲击地压具有突发性、瞬时性和巨大破坏性，给煤矿安全生产造成了重大的财产损失和人员伤亡。因此，矿井是否为冲击地压矿井是煤矿开展冲击地压防治的重要前提和基础，科学判别矿井是否为冲击地压矿井以及划分冲击地压矿井等级成为深部煤炭安全开采的重大需求。
[0003]目前我国冲击地压矿井以发生冲击地压动力现象或煤层冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价结果进行确定，其中冲击地压动力现象难以确定，若发生了冲击地压事故再确定矿井为冲击地压矿井，则已经造成了重大财产损失或人员伤亡；采用煤层冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价的方法，已难以适应当前我国新形势下煤矿开采条件，该方法过程复杂、影响因素众多，且受人为因素影响较大，导致冲击地压矿井判别过程不科学，造成了非冲击地压矿井发生冲击地压或冲击地压矿井防治过当情况，给矿井冲击地压防治带来困扰和难题。
[0004]研究发现，冲击地压的发生受开采深度、煤层因素、地质构造因素、冲击倾向性因素、上覆岩层因素等地质因素综合影响，是影响矿井是否发生冲击地压的控制量，是客观存在的不变的因素，也是冲击地压发生的内因。因此，提出一种基于开采深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，进而科学规范冲击地压矿井判别和划分等级过程，是解决当前矿井是否开展冲击地压防治和防治程度的重要前提，也是关于开展冲击地压源头治理的重要研究方向，对避免冲击地压灾害造成财产损失和人员伤亡具有重大意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，以达到科学、简单、直观判别矿井是否为冲击地压矿井目的。
[0006]本专利技术目的是通过下述技术方案实现的：基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：参数收集。收集矿井地质环境参数，包括矿井煤层因素中的煤层厚度、倾角、变异系数，地质构造因素中的矿井地质构造复杂程度、应力增量与正常应力值之比，冲击倾向性因素中的煤层、顶底板冲击倾向性结果，上覆岩层因素中的煤层上方顶板岩层厚度特征参数、裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离参数，以及各煤层煤的单轴抗压强度，上覆岩层容重(可以用岩石平均容重，也可根据实际矿井地层综合柱状图分别计算)，煤的冲击能量指数，矿井规划期内采掘工作面开采深度等；
[0008]步骤二：计算冲击地压发生的临界深度。按照公式(1)计算出矿井发生冲击地压的临界深度H
cr
：
[0009][0010]式中，σ
c
为煤体单轴抗压强度，单位为MPa；γ为上覆岩层容重，可以用岩石平均容重，也可根据矿井地层综合柱状图计算,单位为MP/m；K
E
为煤的冲击能量指数，根据煤的冲击倾向性测定得到，无量纲；η1为修正系数，与煤体单轴抗压强度相关，无量纲。当多煤层开采时，分别计算冲击地压发生的临界深度，选取最小临界深度作为本专利技术判别方法指标。
[0011]步骤三：计算当量深度。以矿井规划期内采掘工作面最大开采深度h作为基础指标，考虑煤层因素、地质构造因素、冲击倾向性因素、上覆岩层因素得到当量深度，当量深度H计算公式(2)：
[0012]H＝(1+q1L1+q2L2+q3L3+q4L4)
×
h (2)
[0013]式中，各参数根据矿井未来三年规划开采工作面情况确定，h为矿井规划期内工作面中最大深度，单位为m；q1为考虑煤层因素权重，无量纲；L1为考虑煤层因素取值，无量纲；q2为考虑地质构造因素权重，无量纲；L2为考虑地质构造因素取值，无量纲；q3为考虑冲击倾向性因素权重，无量纲；L3为考虑冲击倾向性因素取值，无量纲；q4为考虑上覆岩层因素权重，无量纲；L4为考虑上覆岩层因素取值，无量纲。
[0014]其中，煤层因素权重q1、地质构造因素权重q2、冲击倾向性因素权重q3、上覆岩层因素权重q4的计算过程如下：
[0015]①
构建冲击地压影响因素判断矩阵。根据矿井冲击地压情况，对判别矿井四类因素两两比较得到对矿井冲击地压发生的重要程度，构建出各因素判断矩阵P
ij
如下公式(3)：
[0016][0017]其中，矩阵右对角线元素P
12
表示煤层因素相比地质构造因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P
13
表示煤层因素相比冲击倾向性因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P
14
表示煤层因素相比上覆岩层因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P
23
表示地质构造因素相比冲击倾向性因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P
24
表示地质构造因素相比上覆岩层因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P
33
表示冲击倾向性因素相比上覆岩层因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；同理矩阵左对角线元素定义与右对角线元素定义相反，且其取值为右对角线取值的倒数。
[0018]P
ij
矩阵中各元素取值范围为1～9之间整数或其倒数；1表示两个元素相比，具有相同的重要性；3表示两个元素相比，前者比后者稍重要；5表示两个元素相比，前者比后者明显重要；7表示两个元素相比，前者比后者强烈重要；9表示两个元素相比，前者比后者极端重要；其他数值表示介于相邻重要等级之间的重要程度；同理1～9之间整数的倒数，表示后者比前者的重要程度。
[0019]②
计算各影响因素权重q：如公式(4)计算四类因素所占权重；
[0020][0021]式中i取1～4，分对应为煤层因素权重值q1、地质构造因素权重值q2、冲击倾向性因素权重值q3和上覆岩层因素权重值q4。
[0022]煤层因素取值L1、地质构造因素取值L2、冲击倾向性因素取值L3、上覆岩层因素取值L4的取值范围为0～1，其取值过程如下：
[0023]①
将煤层因素划分为煤矿厚度因素、倾角因素、煤层厚度变异因素三个子因素，划分三个子因素指标取值范围，对照矿井实际情况得到煤层因素L1取值结果，煤层因素L1＝煤层厚度因素L
11
+煤层倾角因素L
12
+煤厚变异因素L
13
。
[0024]②
地质构造因素划分为矿井地质构造复杂程度、构造引起的应力增量与正常应力值之比两个子因素，划分两个子因素指标取值范围，对照矿井实际情况得到地质构造因素L2取值结果，地质构造因素L2＝矿井地质构造复杂程度L
21
+构造引起的应力增量与正常应力值之比L
22
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：参数收集：收集矿井地质环境参数；步骤二：计算冲击地压发生的临界深度：按照公式(1)计算出矿井发生冲击地压的临界深度H
cr
：式中，σ
c
为煤体单轴抗压强度，单位为MPa；γ为上覆岩层容重，单位为MP/m；K
E
为煤的冲击能量指数；η1为修正系数，步骤三：计算当量深度H：按照公式(2)计算当量深度H：H＝(1+q1L1+q2L2+q3L3+q4L4)
×
h
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(2)式中，h为矿井规划期内采掘工作面中最大深度，单位为m；q1为考虑煤层因素权重；L1为考虑煤层因素取值；q2为考虑地质构造因素权重；L2为考虑地质构造因素取值；q3为考虑冲击倾向性因素权重；L3为考虑冲击倾向性因素取值；q4为考虑上覆岩层因素权重；L4为考虑上覆岩层因素取值；步骤四：判别矿井是否为冲击地压矿井：将步骤三获得的当量深度H和步骤二获得的冲击地压发生的临界深度H
cr
进行比较，当矿井当量深度H≥H
cr
时，判别为冲击地压矿井；当矿井当量深度H<H
cr
时，判别为非冲击地压矿井；步骤五：判别冲击地压矿井等级：当判别矿井为冲击地压矿井时，将冲击地压矿井等级划分为三级，分别为弱冲击地压矿井、中等冲击地压矿井、强冲击地压矿井；当H
cr
≤H＜1.5H
cr
时，判别为弱冲击地压矿井；当1.5H
cr
≤H＜2H
cr
时，判别为中等冲击地压矿井；当H≥2H
cr
时，判别为强冲击地压矿井。2.根据权利要求1所述的基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，其特征在于，步骤一所述矿井地质环境参数包括：矿井煤层因素中的煤层厚度、倾角、变异系数，地质构造因素中的矿井地质构造复杂程度、应力增量与正常应力值之比，冲击倾向性因素中的煤层、顶底板冲击倾向性结果，上覆岩层因素中的煤层上方顶板岩层厚度特征参数、裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离参数，以及各煤层煤的单轴抗压强度，上覆岩层容重，煤的冲击能量指数，矿井规划期内采掘工作面开采深度。3.根据权利要求1所述的基于当量深度的冲击地压矿井判别及等级划分方法，其特征在于，步骤三所述煤层因素权重q1、地质构造因素权重q2、冲击倾向性因素权重q3、上覆岩层因素权重q4的计算过程如下：
①
构建冲击地压影响因素判断矩阵：根据矿井冲击地压情况，对判别矿井四类主控因素两两比较得到对矿井冲击地压发生的重要程度，构建出各因素判断矩阵P
ij
式(3)：其中，矩阵右对角线元素P
12
表示煤层因素相比地质构造因素对该判别矿井冲击地压重
要程度取值；P
13
表示煤层因素相比冲击倾向性因素对该判别矿井冲击地压重要程度取值；P

【专利技术属性】
技术研发人员：潘一山，罗浩，王爱文，代连朋，王岗，
申请(专利权)人：辽宁智震科技有限公司，
类型：发明
国别省市：