一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，包含以下步骤：收集预测工作面地质资料，详细掌握工作面采煤方法、覆岩地质条件、工作面参数。本发明专利技术提出上覆采空区厚度、工作面距主关键层距离等新的预测指标，提出运用GRA

【技术实现步骤摘要】
一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全开采
，具体是一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国主要能源之一，在当前及未来一段时间内依然是我国的主体能源。我国发育众多巨厚煤层，占全国资源量很大比重，开采规模不断扩大，开采强度不断增加。分层综放开采是厚煤层目前较为经济适宜的开采方式，在大尺度开采空间与重复扰动条件下，采动覆岩结构裂隙演化具有动态性和复杂性变化特点，工作面覆岩发生运动更显著，导致岩层产生裂隙和断裂范围更广，裂隙和断裂更容易沟通含水层，其涉及到的含水层中的水就会通过导水通道进入工作面，形成水害，严重制约着我国煤矿安全高效生产，还会造成伤亡和经济损失。
[0003]目前，国内外学者主要采用经验公式、理论分析、数值模拟与相似模拟、现场实测等方法预测导水裂隙带高度。经验公式一般不适用累计采厚超过15m的巨厚煤层，理论分析考虑因素比较单一，数值模拟与相似模拟模型建立相对理想化，以上方法获得的结果往往与现场实测获得的结果差异较大，而实测涉及的工作量较大，花费较高。近年来，很多学者提出将统计分析理论与数据挖掘方法运用到导水裂隙带发育高度预测中，如胡小娟等以综采导水裂隙带发育高度实测数据为基础，采用多元回归分析，得到了综采条件下导水裂隙带发育高度与其影响因素间的非线性统计关系式；李波对收集的实测数据进行因果模糊聚类分类，建立了模糊预测模型对导水裂隙带发育高度进行了研究；李振华、谢晓峰等通过分析影响导高的多指标因素并采用BP神经网络方法对导水裂隙带发育高度进行了预测；孙云普等应用支持向量机(Support Vector Machine，SVM)建立导水裂隙带高度预计模型预计导水裂隙带高度。这些新方法的应用也均取得了一些重要的研究成果，然而这些预测针对较薄煤层，对于巨厚煤层的导水裂隙带高度研究很少，缺少一种高效、实用、准确和经济的巨厚煤层的导水裂隙带高度预测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，包含以下步骤：
[0007]步骤1、收集预测工作面地质资料，详细掌握工作面采煤方法、覆岩地质条件、工作面参数；
[0008]步骤2、收集预测区周边巨厚煤层煤矿开采工作面采高、采深、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采空区厚度、顶板的单轴抗压强度、煤层硬度和距主关键层距离等影响巨厚煤层导水裂隙带高度的影响因素；
[0009]步骤3、运用灰色关联分析(GRA)法确定巨厚煤层导水裂隙带高度的主要影响因素；
[0010]步骤4、统计巨厚煤层导水裂隙带数据。调研和收集预测区周边巨厚煤层导水裂隙带实测或模拟数据；
[0011]步骤5、首先选出母因素和子因素，通过计算灰色关联度来对比子因素对于母因素的贡献程度，将导水裂隙高度作为母因素，将关联度较大的因素作为子因素；
[0012]步骤6、建立最小二乘支持向量机的矿井导水裂隙带高度预测函数；
[0013]步骤7、根据预测函数进行子因素训练验证，并与实测值对比，验证模型准确性。如模型准确度高，正式确立预测模型，如果模型准确度较低，达不到预测精度，继续回到步骤3，重新确定影响因素；
[0014]步骤8、正式确立预测模型，进行矿井导水裂隙带高度预测，得到矿井导水裂隙带高度预测值。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤3的具体步骤如下；
[0016]步骤3.1、确定导水裂隙带高度为参考数列，工作面采高、采深、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采空区厚度、和距主关键层距离为的比较数列；
[0017][0018]步骤3.2、对参考数列和比较数列进行无量纲化处理；
[0019][0020]步骤3.3、计算每个被评价对象指标序列与参考序列对应元素的差值绝对值、最大值、最小值；
[0021][0022][0023][0024]步骤3.4、计算关联系数；
[0025][0026]步骤3.5、求关联度；
[0027][0028]步骤3.6、对关联度排序。选取的影响因素对导水裂隙带高度发育贡献程度大，对导水裂隙带高度发育影响最大。
[0029]作为本专利技术的进一步技术方案：所述步骤6的函数模型描述如下：
[0030][0031]式中，w为加权值为非线性函数，表示如下：
[0032][0033]式中，e
i
为实际值与估计值之间的误差；γ为惩罚系数。
[0034]拉格朗日函数如下式所示：
[0035][0036]其中α
i
是一个乘数，方程的优化形式为:
[0037][0038]方程的简化形式为：
[0039]其中:y＝[y1,y2,...y
n
]T
，1
n
＝[1,1...1]T
，α＝[α1,α2,...α
n
]T
为单位矩阵。内核函数为：
[0040][0041]最后，LS
‑
SVM的预测函数可以表示为：
[0042][0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0044]本专利技术提供一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，提出上覆采空区厚度、工作面距主关键层距离等新的预测指标，提出运用GRA
‑
LS
‑
SVM模型非线性预测方法，能够较为准确、经济的预测出巨厚煤层覆岩导水裂隙带高度。
附图说明
[0045]图1是本专利技术的方法流程图。
[0046]图2是预测数据与收集数据对比图。
[0047]图3是规范公式计算结果与收集数据对比图。
具体实施方式
[0048]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0049]如图1
‑
3所示，一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，包含以下步骤：
[0050](1)收集预测工作面地质资料，详细掌握工作面采煤方法、覆岩地质条件、工作面参数。
[0051](2)收集预测区周边巨厚煤层煤矿开采工作面采高、采深、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采空区厚度、顶板的单轴抗压强度、煤层硬度和距主关键层距离等影响巨厚煤层导水裂隙带高度的影响因素。
[0052](3)运用灰色关联分析(GRA)法确定巨厚煤层导水裂隙带高度的主要影响因素。具体步骤如下：
[0053]①
确定导水裂隙带高度为参考数列，工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、收集预测工作面地质资料，详细掌握工作面采煤方法、覆岩地质条件、工作面参数；步骤2、收集预测区周边巨厚煤层煤矿开采工作面采高、采深、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采空区厚度、顶板的单轴抗压强度、煤层硬度和距主关键层距离等影响巨厚煤层导水裂隙带高度的影响因素；步骤3、运用灰色关联分析法确定巨厚煤层导水裂隙带高度的主要影响因素；步骤4、统计巨厚煤层导水裂隙带数据，调研和收集预测区周边巨厚煤层导水裂隙带实测或模拟数据；步骤5、首先选出母因素和子因素，通过计算灰色关联度来对比子因素对于母因素的贡献程度，将导水裂隙高度作为母因素，将关联度较大的因素作为子因素；步骤6、建立最小二乘支持向量机的矿井导水裂隙带高度预测函数；步骤7、根据预测函数进行子因素训练验证，并与实测值对比，验证模型准确性，如模型准确度高，正式确立预测模型，如果模型准确度较低，达不到预测精度，继续回到步骤3，重新确定影响因素；步骤8、正式确立预测模型，进行矿井导水裂隙带高度预测，得到矿井导水裂隙带高度预测值。2.根据权利要求1所述的一种巨厚煤层分层综放开采导水裂隙带高度预测方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤如下；步骤3.1、确定导水裂隙带高度为参考数列，工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔伟，呼冬强，程香港，刘梦楠，段玉路，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：