一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法和系统，分区方法包括如下步骤：获取矿井地质钻孔柱状图，确定各地质钻孔处的地层参数，计算该地质钻孔位置顶板对应的关键岩层层位、破断距和极限跨距；确定影响巷道顶板致灾隐患程度的各类指标因素；根据指标因素实际值确定其具体所属等级；基于各指标因素的隶属度函数分别计算各指标因素的致灾隐患等级评定指数；计算各指标因素对致灾隐患的影响权重；采用基于模糊数学理论的致灾隐患等级综合指数模型计算致灾隐患系数，并根据致灾隐患系数对不同区域巷道顶板进行分级；采用Surfer软件绘制顶板致灾隐患分区云图。软件绘制顶板致灾隐患分区云图。软件绘制顶板致灾隐患分区云图。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法和系统


[0001]本专利技术涉及煤矿
，尤其涉及一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法和系统。

技术介绍

[0002]复合岩层在煤矿巷道顶板中赋存非常广泛，该类巷道受复合岩层影响，巷道内矿压显现强度更为强烈、失稳影响范围更广阔、巷道失稳机制更加复杂，极易诱发强冲击地压、岩爆等矿井动力灾害，严重威胁矿井的安全生产。现有研究多针对顶板对巷道稳定性的控制作用，然而对复合岩层引起的巷道失稳等级、致灾危险性等方面研究相对缺乏，目前还未形成一套系统的巷道顶板致灾隐患分级分区预测方法，以便为复合岩层顶板可能导致的巷道失稳灾害进行预防预控。

技术实现思路

[0003]本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法和系统，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
[0004]本专利技术的一个目的在于提出一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，包括如下步骤：
[0005]S10：获取矿井地质钻孔柱状图，确定各地质钻孔处的地层层序、厚度以及物理力学的地层参数，然后基于地层参数计算该地质钻孔位置顶板对应的关键岩层层位、破断距和极限跨距；
[0006]S20：确定影响巷道顶板致灾隐患程度的各类指标因素，各指标因素分为基础类、核心类和强化类；其中，基础类因素包括：巷道高度(h)和巷道埋深(H)；核心类因素包括：关键岩层厚度与巷道埋深比(k1)、关键岩层高度与巷高比(k2)、关键岩层结构刚度(q)；强化类因素包括：关键岩层层数(a)；
[0007]S30：将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级，然后设置不同等级对应的各指标因素取值范围，进而根据指标因素实际值确定其具体所属等级；
[0008]S40：基于基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数分别计算基础类因素、核心类因素和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；
[0009]S50：计算基础类因素、核心类因素和强化类因素对致灾隐患的影响权重；
[0010]S60：采用基于模糊数学理论的致灾隐患等级综合指数模型计算致灾隐患系数，并根据致灾隐患系数对不同区域巷道顶板进行分级；
[0011]S70：采用Surfer软件绘制顶板致灾隐患分区云图。
[0012]另外，根据本专利技术的煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，还可以具有如下技术特征：
[0013]在本专利技术的一个示例中，在步骤S30中，所述将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级包括：0级：对巷道致灾隐患没有影响、1级：对巷道致灾隐患影响程
度弱、2级：对巷道致灾隐患影响程度中等、3级：对巷道致灾隐患影响程度强。
[0014]在本专利技术的一个示例中，在步骤S40中：基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数的表达式为别为：
[0015][0016]式中，A
p1
,A
p2
,A
p3
—基础、核心和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；
[0017]b
i
,c
j
,r
n
—各指标因素对致灾隐患的实际影响程度等级；
[0018]b
mi
,c
mj
,r
mn
—各指标因素对致灾隐患的最大影响程度等级。
[0019]在本专利技术的一个示例中，在步骤S50中，计算基础类因素、核心类因素和强化类因素对致灾隐患的影响权重包括：
[0020]引用数字1～9及其倒数作为标度来定义判断矩阵；
[0021]通过对比各类因素对巷道顶板致灾隐患等级的影响程度构建判断矩阵；
[0022]根据判断矩阵求出其最大特征根λ
max
对应的特征向量ω，特征向量ω经归一化后即为各指标因素的权；其中，计算方程为：
[0023]Pω＝λ
max
ω。
[0024]在本专利技术的一个示例中，在步骤S60中，所述致灾隐患等级综合指数模型为：
[0025][0026]式中，W
p
—致灾隐患系数；w
pi
—各类指标因素对致灾隐患等级的影响权重；A
pi
—各类指标因素的致灾隐患等级评定指数。
[0027]在本专利技术的一个示例中，在步骤S60中，所述将致灾隐患程度进行分级包括：等级Ⅰ：W
p
≤0.4、等级Ⅱ：0.4＜W
p
≤0.6、等级Ⅲ：0.6＜W
p
≤0.8、等级Ⅳ：W
p
＞0.8。
[0028]本专利技术的另一个目的在于提出一种煤矿巷道坚硬顶板致灾隐患分区系统，包括：
[0029]关键岩层判识单元，用于获取矿井地质钻孔柱状图，确定各地质钻孔处的地层层序、厚度以及物理力学的地层参数，然后基于地层参数计算该地质钻孔位置顶板对应的关键岩层层位、破断距和极限跨距；
[0030]指标因素计算单元，用于确定影响巷道顶板致灾隐患程度的各类指标因素，各指标因素分为基础类、核心类和强化类；其中，基础类因素包括：巷道高度(h)和巷道埋深(H)；核心类因素包括：关键岩层厚度与巷道埋深比(k1)、关键岩层高度与巷高比(k2)、关键岩层结构刚度(q)；强化类因素包括：关键岩层层数(a)；
[0031]强度等级划分单元，用于将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级，然后设置不同等级对应的各指标因素取值范围，进而根据指标因素实际值确定其具体所属等级；
[0032]指标隶属度计算单元，用于基于基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数分别计算基础类因素、核心类因素和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；
[0033]指标权重计算单元，用于计算基础类因素、核心类因素和强化类因素对致灾隐患的影响权重；
[0034]致灾隐患系数计算单元，用于采用基于模糊数学理论的致灾隐患等级综合指数模型计算致灾隐患系数，并根据致灾隐患系数对不同区域巷道顶板进行分级；
[0035]隐患分区绘制单元，用于采用Surfer软件绘制顶板致灾隐患分区云图。
[0036]在本专利技术的一个示例中，强度等级划分单元将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级包括：0级：对巷道致灾隐患没有影响、1级：对巷道致灾隐患影响程度弱、2级：对巷道致灾隐患影响程度中等、3级：对巷道致灾隐患影响程度强。
[0037]在本专利技术的一个示例中，指标隶属度计算单元中基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数的表达式为别为：
[0038][0039]式中，A
p1
,A
p2
,A
p3
—基础、核心和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；
[0040]b
i
,c
j
,r
n
—各指标因素对致灾隐患的实际影响程度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，其特征在于，包括如下步骤：S10：获取矿井地质钻孔柱状图，确定各地质钻孔处的地层层序、厚度以及物理力学的地层参数，然后基于地层参数计算该地质钻孔位置顶板对应的关键岩层层位、破断距和极限跨距；S20：确定影响巷道顶板致灾隐患程度的各类指标因素，各指标因素分为基础类、核心类和强化类；其中，基础类因素包括：巷道高度(h)和巷道埋深(H)；核心类因素包括：关键岩层厚度与巷道埋深比(k1)、关键岩层高度与巷高比(k2)、关键岩层结构刚度(q)；强化类因素包括：关键岩层层数(a)；S30：将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级，然后设置不同等级对应的各指标因素取值范围，进而根据指标因素实际值确定其具体所属等级；S40：基于基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数分别计算基础类因素、核心类因素和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；S50：计算基础类因素、核心类因素和强化类因素对致灾隐患的影响权重；S60：采用基于模糊数学理论的致灾隐患等级综合指数模型计算致灾隐患系数，并根据致灾隐患系数对不同区域巷道顶板进行分级；S70：采用Surfer软件绘制顶板致灾隐患分区云图。2.根据权利要求1所述的煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，其特征在于，在步骤S30中，所述将各指标因素对巷道顶板致灾隐患的影响程度分为多个等级包括：0级：对巷道致灾隐患没有影响、1级：对巷道致灾隐患影响程度弱、2级：对巷道致灾隐患影响程度中等、3级：对巷道致灾隐患影响程度强。3.根据权利要求1所述的煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，其特征在于，在步骤S40中：基础类因素、核心类因素和强化类因素的隶属度函数的表达式为别为：式中，A
p1
,A
p2
,A
p3
—基础、核心和强化类因素的致灾隐患等级评定指数；b
i
,c
j
,r
n
—各指标因素对致灾隐患的实际影响程度等级；b
mi
,c
mj
,r
mn
—各指标因素对致灾隐患的最大影响程度等级。4.根据权利要求1所述的煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，其特征在于，在步骤S50中，计算基础类因素、核心类因素和强化类因素对致灾隐患的影响权重包括：引用数字1～9及其倒数作为标度来定义判断矩阵；通过对比各类因素对巷道顶板致灾隐患等级的影响程度构建判断矩阵；根据判断矩阵求出其最大特征根λ
max
对应的特征向量ω，特征向量ω经归一化后即为各指标因素的权；其中，计算方程为：Pω＝λ
max
ω。5.根据权利要求1所述的煤矿巷道复合顶板致灾隐患分区方法，其特征在于，在步骤S60中，所述致灾隐患等级综合指数模型为：
式中，W
p
—致灾隐患系数；w
pi
—各类指标因素对致灾隐患等级的影响权重；A
pi
—各类指标因素的致灾隐患等级...

【专利技术属性】
技术研发人员：于智卓，张英杰，孙勇，
申请(专利权)人：山西朔州山阴金海洋五家沟煤业有限公司，
类型：发明
国别省市：