煤層底板突水變權區間閾值確定方法
2023-05-09 23:16:46 1
煤層底板突水變權區間閾值確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤層底板突水變權區間閾值確定方法，首先確定各主控因素，然後依次進行數據採集、量化和歸一化處理；狀態變權向量公式的構建；對各主控因素指標值進行分類處理；變權區間閾值的確定。首次提出了在應用變權模型進行煤層底板脆弱性評價預測中的變權區間閾值的確定方法，使用該方法確定變權區間閾值的方法合理，符合生產實際，可有效的提高煤層底板突水脆弱性評價預測的精度。
【專利說明】煤層底板突水變權區間閾值確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤層底板突水預測技術，尤其涉及一種煤層底板突水變權區間閾值確定方法。
【背景技術】
[0002]近年來我國煤礦的開採逐漸的向深部發展，有些開採時間長的老礦區開採深度已經超過了 1000m，形成了深部開採的高地應力區，同時所開採煤層的底板所承受的巖溶承壓含水層的水壓也越來越大。並且隨著煤炭開採高產高效的要求，採煤工作面的空間尺度也越來越大，機械化程度越來越高。在這樣的背景下，底板突水的機率顯著增加。如果不及時採取相應的防治水措施，不僅突水事故繼續增加，還會使一大批受水害威脅的礦井提前報廢。可以說底板巖溶高承壓水的水害對煤層開採的威脅，嚴重製約了我國的煤礦開採。由此可見，煤層底板水害已成為影響制約我國煤炭安全生產的重大難題之一，對其進行準確預測預報與評價具有十分重要的理論指導意義和實用價值。
[0003]基於以上原因，中國礦業大學(北京)武強教授早在上世紀九十年代末就致力於研究基於多源信息集成理論和「環套理論」，並採用具有強大空間數據統計分析處理功能的地理信息系統(GIS)與線性或非線性數學方法的集成技術，對煤層底板突水進行了研究，並於近期提出了利用基於變權模型的脆弱性指數法對煤層底板突水進行預測評價方法，變權模型可以克服傳統常權模型中「權重」一旦確定後，無論主控因素在研究區的指標數值如何變化，出現多大幅度的突變情況，權重數值在整個研究區均是固定不變的缺陷。同時變權模型也注重各主控因素之間相互關聯關係對煤層底板突水的控制作用，有效的反映了各主控因素在煤層底板突水問題中的變化規律。因而其評價思想更加合理。
[0004]在應用變權模型對煤層底板突水危險性進行預測評價時，需要首先確定各主控因素的變權區間，然後對不同的區間採用對應的「激勵」、「懲罰」機制對其權重進行調節。然而變權模型中的變權區間閾值的確定是該技術的一個難點，目前尚無統一的分析確定方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種能有效的提高煤層底板突水脆弱性評價預測的精度的煤層底板突水變權區間閾值確定方法。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本發明的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，首先確定各主控因素，還包括以下步驟:
[0008]A、數據採集、量化和歸一化處理；
[0009]B、狀態變權向量公式的構建；
[0010]C、對各主控因素指標值進行分類處理；
[0011]D、變權區間閾值的確定。
[0012]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，由於在確定各主控因素的基礎上，依次進行數據採集、量化和歸一化處理；狀態變權向量公式的構建；對各主控因素指標值進行分類處理；變權區間閾值的確定，首次提出了在應用變權模型進行煤層底板脆弱性評價預測中的變權區間閾值的確定方法，該方法根據煤層底板突水各主控因素指標值在空間分布上存在差異，同時也具有一定的相似性的特徵，利用統計分析手段有效的對各因素指標值進行分類處理，然後根據分類的臨界值求取變權區間閾值，從而利用對應的「激勵」、「懲罰」措施對其權重進行調節。使用該方法確定變權區間閾值的方法合理，符合生產實際。可有效的提高煤層底板突水脆弱性評價預測的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例提供的煤層底板突水變權區間閾值確定方法的工作流程圖；
[0014]圖2為本發明實施例中煤層底板隔水層承受的底板灰巖水壓專題圖；
[0015]圖3為本發明實施例中5#煤至底板灰巖有效隔水層等效厚度專題圖；
[0016]圖4為本發明實施例中5#煤至底板灰巖礦壓破壞帶下脆性巖厚度專題圖；
[0017]圖5為本發明實施例中底板灰巖含水層富水性專題圖；
[0018]圖6為本發明實施例中5#煤斷層規模指數專題圖；
[0019]圖7為本發明實施例中5#煤斷層與褶皺分布專題圖；
[0020]圖8為本發明實施例中5#煤斷層與褶皺交端點專題圖；
[0021]圖9為本發明實施例中煤層底板隔水層承受的底板灰巖水壓指標值分類圖；
[0022]圖10為本發明實施例中有效隔水層等效厚度指標值分類圖；
[0023]圖11為本發明實施例中礦壓破壞帶下脆性巖厚度指標值分類圖；
[0024]圖12為本發明實施例中底板灰巖含水層富水性指標值分類圖；
[0025]圖13為本發明實施例中斷層規模指數指標值分類圖；
[0026]圖14為本發明實施例中水壓變權區間空間分布圖；
[0027]圖15為本發明實施例中有效隔水層等效厚度變權區間空間分布圖；
[0028]圖16為本發明實施例中礦壓破壞帶下脆性巖厚度變權區間空間分布圖；
[0029]圖17為本發明實施例中底板灰巖含水層富水性變權區間空間分布圖；
[0030]圖18為本發明實施例中斷層規模指數變權區間空間分布圖；
[0031]圖19為本發明實施例中5#煤斷層與褶皺分布變權區間空間分布圖；
[0032]圖20為本發明實施例中5#煤斷層與褶皺交端點變權區間空間分布圖；
[0033]圖21為本發明實施例中基於變權模型的底板突水脆弱性評價分區圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0035]本發明的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0036]首先確定各主控因素，還包括以下步驟:
[0037]A、數據採集、量化和歸一化處理；
[0038]B、狀態變權向量公式的構建；
[0039]C、對各主控因素指標值進行分類處理；
[0040]D、變權區間閾值的確定。
[0041]所述步驟A中，數據採集、量化和歸一化處理是根據礦區地質勘探鑽孔、地質構造、抽水試驗和採礦資料，採集主控因素原始數據，並對數據進行量化和歸一化處理。
[0042]述步驟A中，對採集、量化的數據進行歸一化處理的表達如下:
【權利要求】
1.一種煤層底板突水變權區間閾值確定方法，首先確定各主控因素，其特徵在於，還包括以下步驟: A、數據採集、量化和歸一化處理； B、狀態變權向量公式的構建； C、對各主控因素指標值進行分類處理； D、變權區間閾值的確定。
2.根據權利要求1所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟A中，數據採集、量化和歸一化處理是根據礦區地質勘探鑽孔、地質構造、抽水試驗和採礦資料，採集主控因素原始數據，並對數據進行量化和歸一化處理。
3.根據權利要求2所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟A中，對採集、量化的數據進行歸一化處理的表達如下:
式中=Ai為歸一化處理後的數據，a、b分別歸一化範圍的下限和上限，分別取O和1，Hiin(Xi)和max (Xi)分別為各主控因素量化值的最小值和最大值。
4.根據權利要求1所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟B中，所述的狀態變權向量公式的表達如下:
式中:c、a2、a3為調權參數。dj1、dj2、dJ3為第j個因素變權區間閾值。
5.根據權利要求1所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟C中對各主控因素指標值進行分類處理，具體包括以下步驟: Cl、按照K-means算法選擇疊代分類，確定K-means算法的迭代次數為10,確定分類類別為4類； C2、對各因素指標值進行動態聚類運算，直到迭代穩定； C3、根據分類結果確定各因素指標值分類臨界值。
6.根據權利要求1所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟D中，變權區間閾值的確定表達如下:
dji = (fji+fJ2) /2 ;dJ2 = (fJ3+fJ4) /2 ;di3 = (fJ5+fJ6) /2 式中:dj為第j個因素的變權區間閾值；fj為聚類分級中第j個因素的指標值的分類臨界值。
7.根據權利要求6所述的煤層底板突水變權區間閾值確定方法，其特徵在於，所述步驟D中，變權區間閾值的確定，其中斷層與褶皺分布、斷層與褶皺交點與端點分布兩個主控 因素的分區閾值優選值為Cl1 = O d2 = 0.5 d3 = 0.8。
【文檔編號】G06F17/30GK104133864SQ201410342497
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】武強, 李博, 劉守強, 曾一凡 申請人:中國礦業大學(北京)