煤层底板突水评价的新方法技术

煤层底板突水评价的新方法，包括以下步骤：１．煤层底板突水主控因素的数据采集、提取、处理和量化；２．运用环套理论和技术方法，采用可拓学方法，确定煤层底板突水的物元模型；３．确定底板突水物元的经典域模型；４．确定底板突水物元的节域；５．根据矿井大量观测数据，结合地质和水文地质资料信息，获取待评同征物元即采样点的各类数据集；６．计算待评物元对应各类别等级的关联度；７．确定煤层底板突水各主控因素的权重系数；８．计算待评物元对于不同安全等级的关联度；９．确定各待评物元底板突水的危险性等级，最终对煤层底板突水危险性做出科学的区划和预测预报评价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
煤层底板突水是人为采掘工程活动导致煤层围岩体应力场能量释放、煤层底板隔 水岩体结构破坏、矿井局部充水水文地质条件突变的一种地下岩体失稳现象，是一种受控 于多因素影响且具有非常复杂形成机理的非线性动力现象。由于现代数学还未能用一个确 定性数学方程详实地描述这种机理复杂且受控因素颇多的非线性动力现象，因而经验、半 经验或统计等模型是刻画这种非线性动力现象的主要方法，如1964年焦作矿区水文地质 大会借鉴匈牙利韦格弗伦斯相对系数概念(隔水层厚度与水压力之比)提出的突水系数评 价法，由于该方法物理概念简单，计算方便，现场易于操作，因而一直是我国煤层底板突水 评价的主要方法。但是，该方法仅考虑充水含水层水压和煤层底板隔水岩段厚度这2个控 制底板突水的影响因素，虽经几次修改完善，但仍未能摆脱仅考虑这2个控制因素且无影 响“权重”概念等重大缺陷。显然，该方法所能考虑的突水控制因素极为有限，未能描述煤层 底板突水这种受控于多因素且具有非常复杂机理的非线性动力现象，歪曲了煤层底板十分 复杂的突水机理，已不能适应新的采矿方法和新的地质环境条件下的煤层底板突水评价。为了解决煤层底板突水预测预报评价难题，本专利技术人于2007年曾系统地建立了 能够全面真实反映煤层底板复杂突水机理和演变过程的底板突水的主控指标体系，详细论 述了体系中各突水主控因素在矿井突水过程中的作用方式与特征。但是，这种详实系统地 分析确定控制煤层底板突水的主控因素，正确建立煤层底板突水的水文地质物理概念模 型，仅仅是完成了解决底板突水预测预报评价难题的第一步。长期以来，煤炭工业迫切需要系统地解决煤层底板突水预测预报评价难题，对煤 层底板突水做出科学的区划和预测预报评价。经过长期的研究和实践，本专利技术满足了上述煤炭工业的需求。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于，满足煤炭工业的需求，提供一种能够真实描述受控于多因 素影响且具有非常复杂形成机理的非线性动力现象的煤层底板突水的数学模型和评价方 法，完成系统地解决煤层底板突水预测预报评价难题的第二步。本专利技术进一步的目的在于，满足煤炭工业的需求，提供一种在现场工程实际应用 中能够概念清晰明确，计算程序简单实用，易于现场工程技术人员掌握，操作便利的现代先 进的数学模型和评价方法，完成系统地解决煤层底板突水强测预报评价难题的关键的第三止少ο为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案，是 可以考虑煤层底板突水众多主控因素相互复杂作用关系和相对“权重”比例并具有多级分 区特点的一种评价方法，包括以下步骤1.煤层底板突水主控因素的数据采集、提取、处理和量化；2.运用环套理论和技术方法，采用可拓学方法，确定煤层底板突水的物元模型；3.确定底板突水物元的经典域模型；所述的底板突水物元的经典域描述了底板突水物元保持其特种属性的范围，一般 由底板突水的相关技术标准或者规范来确定，也可通过底板突水试验或者相关资料的统计 分析结果进行确定。4.确定底板突水物元的节域；5.根据矿井大量观测数据，结合地质和水文地质资料信息，获取待评同征物元即 采样点的各类数据集；6.计算待评物元对应各类别等级的关联度；所述的待评物元对应各类别等级的关联度根据经典域和节域计算设以<ai，bp表示经典域，<Ci，屯> 表示节域，那么某一值为X的因子关于经典域、 节域的关联度计算公式为 这里，ρ(χ, <ai,bi>) = \x-(ai+bi)/2\-(bi-ai)/2,ρ (χ, <ci φ = X-(Cjdi)/2 卜(Cli-Ci)/2。7.确定煤层底板突水各主控因素的权重系数；8.计算待评物元对于不同安全等级的关联度；所述的待评物元对于不同安全等级的关联度，根据公式 计算，式中=Wi为各各主控因素的权重，m为因子个数。9.确定各待评物元底板突水的危险性等级，最终对煤层底板突水危险性做出科学 的区划和预测预报评价。由于采用了上述底板突水评价新方法的技术方案，本专利技术具有的有益效果在于1.由于现代科学技术尚未提出一个能够详实描述煤层底板这种复杂突水机理和 受控因素颇多的非线性动力现象的确定性数学方程与模型，因而应用可拓学理论，提出的 ，较好地解决了煤层底板突水预测预报评价的难题。2.突破了煤层底板突水评价传统的突水系数法仅能考虑两个控制因素且无影响 “权重”概念等重大缺陷的束缚，采用可拓学理论和方法，真实地刻画了煤层底板突水这种 受控于多因素且具有非常复杂形成机理的非线性动力过程。附图说明附图1，本专利技术工作流程图。附图2，本专利技术的正断层/逆断层危险性量化赋值示意图。附图3，本专利技术的两断层相交(断层破碎带X1、X2 ；对应影响带Y1、Y2)示意图。附图4，本专利技术的不同性质两断层相交量化分区图。附图5，本专利技术的断层端点处量化示意图。附图6，本专利技术的底板突水安全性评价层次分析结构模型示意图。附图7，本专利技术的矿区突水可拓评价结果图。具体实施例下面将结合附图，以在某矿区突水预测中的应用对本专利技术作详细描述。，是可以考虑煤层底板突水众多主控因素相互复杂作 用关系和相对“权重”比例并具有多级分区特点的一种评价方法，包括以下步骤1.煤层底板突水主控因素的数据采集、提取、处理和量化；通过对该矿区各矿井突水机理的分析，在主控因素的选择和数据采集过程中，主 要考虑了如下几个方面I.煤层底板的充水含水层该矿井煤层开采的最大威胁来自煤层底板的奥陶系 灰岩含水层和石炭系太原组灰岩含水层。影响灰岩含水层的因素包括它的富水性、岩溶发 育程度以及含水层对上部隔水层的水头压力。II.从地质构造考虑井田内褶皱、断层、陷落柱的存在对隔水层造成严重的破坏 和影响，所以它们的分布及其发育情况、规模大小等对底板突水起控制作用。III.从隔水层的有效厚度考虑煤层底板与主要含水层之间的隔水层厚度及其 岩性组合和关键层所处位置，对底板突水具有关键性的作用。基于上述考虑，本文选取以下八个因素作为矿井煤层底板突水预测的主控指标1)奥陶系灰岩含水层的水压2)奥陶系灰岩含水层的富水性3)石炭系太原组大青灰岩含水层水压4)石炭系太原组大青灰岩含水层富水性5)底板有效隔水层的等效厚度6)陷落柱规模密度7)断层线分布8)断层交点和端点的分布该矿区历经多次地质勘查，包括钻探、测井以及地震勘查等，获得关于该矿区的若 干宝贵原始资料。自建矿以来，该矿多次发生突水事件，每次都有原始记录。因此从这些 实际生产历史资料和地质资料中，我们可以提取用于矿井底板突水评价的基础数据，见表1 6ο表1矿区奥灰含水层富水性数据 表2矿区奥灰含水层水压数据 表3矿区有效隔水层厚度数据表33.15 40.84 44.28 39.41 42.27 45.96 39.57 46.93 39.64 48.84CN 101894189 A贞 明 5/16 页编号 X (km)y (km)隔水层厚度(m) (续表)93.2 93.2 94.1 90.4 89.7 94.794.190.4 90.089.591.6 92Λ 93.6 90.692.294.093.133.6 31.3 32.531.230.834.534.332.931.6 33 33,5 32.5 31.9 34本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤层底板突水评价的新方法，其特征在于：包括以下步骤：（１）煤层底板突水主控因素的数据采集、提取、处理和量化；（２）运用环套理论和技术方法，采用可拓学方法，确定煤层底板突水的物元模型；（３）确定底板突水物元的经典域模型；（４）确定底板突水物元的节域；（５）根据矿井大量观测数据，结合地质和水文地质资料信息，获取待评同征物元即采样点的各类数据集；（６）计算待评物元对应各类别等级的关联度；（７）确定煤层底板突水各主控因素的权重系数；（８）计算待评物元对于不同安全等级的关联度；（９）确定各待评物元底板突水的危险性等级，最终对煤层底板突水危险性做出科学的区划和预测预报评价。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，齐福荣，李忠，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]