一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法技术

本发明专利技术公开一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，包括获取煤矿的微震事件时空数据集；对微震事件时空数据集进行聚类分析，确定最优聚类簇个数，获取事件簇；获取事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征；获取事件簇质心的能量特征，基于事件簇质心的时空数据和能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征；获得覆岩断裂线扩展过程；获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到工作面覆岩断裂线特征示意图；根据所述事件簇质心的时空数据，得到定量化的覆岩断裂特征。本发明专利技术实现对覆岩断裂线扩展演化过程及延伸层位的精确分析，为工作面强矿压防治提供依据。矿压防治提供依据。矿压防治提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法


[0001]本专利技术涉及矿山微震监测信号处理
，特别是涉及一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法。

技术介绍

[0002]随着煤矿采掘设备能力的增强以及开采工艺水平的提升，采场矿压显现越来越强烈。针对坚硬顶板条件下采场出现的强矿压现象，我国总结出一套现场观测、理论计算和数值模拟的研究方法。然而现有研究方法，虽在理论上解释了强矿压的产生原因，却未能准确的分析出覆岩的断裂失稳形态和断裂线的分布，从而对于岩层的断裂失稳活动难以做到精准分析和控制。
[0003]近年来，微震监测技术在煤矿的应用得到了快速发展，基于微震监测的冲击矿压理论水平与控制技术不断提高，采用微震信息研究矿压问题也越来越多地被业内所接受，在微震活动与应力场变化，扰动区断层活动的关系等领域进行了大量的研究。然而，受微震事件时空分布离散性、分析方法局限性的影响，目前在采用微震信息精准分析上覆岩层断裂裂缝的时空分布形态，并可靠分析岩层失稳及强来压机理方面一直难以突破。
[0004]因此，亟需一种工作面覆岩断裂特征定量分析方法，能够定量化地分析工作面覆岩断裂分布的时空特征，为工作面强矿压防治提供依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过对微震事件数据的聚类分析，实现对开采过程中形成的覆岩断裂特征、采空区最终形成的覆岩断裂特征，以及覆岩断裂扩展过程的分析。基于此，根据覆岩断裂线扩展演化过程及其延伸层位的精确分析，为工作面强矿压防治提供依据。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，包括以下步骤：
[0007]获取煤矿的微震事件时空数据集，其中，所述微震事件时空数据集包括若干微震事件时空数据样本；
[0008]对所述微震事件时空数据集进行聚类分析，根据评价指标确定最优聚类簇个数，基于所述最优聚类簇个数获取事件簇；
[0009]获取事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征；
[0010]获取事件簇质心的能量特征，基于所述事件簇质心的时空数据和所述能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征；
[0011]基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，对断裂线联通过程进行分析，获得覆岩断裂线扩展过程；
[0012]基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，
获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到工作面覆岩断裂线特征示意图；
[0013]基于所述工作面覆岩断裂线特征示意图和所述覆岩断裂线扩展过程，根据所述事件簇质心的时空数据，得到定量化的覆岩断裂特征。
[0014]可选地，所述微震事件时空数据样本的特征包括时间t和空间三维坐标x、y、z。
[0015]可选地，对所述微震事件数据集进行聚类分析的过程中采用k
‑
means聚类算法。
[0016]可选地，所述评价指标包括：
[0017]指标1：轮廓系数平均值；
[0018]指标2：轮廓系数标准差；
[0019]指标3：大于轮廓系数平均值样本个数占总样本数比例；
[0020]指标4：计算每个簇中大于轮廓系数均值占这个簇样本数的比例，所有簇的比例的平均值；
[0021]指标5：计算每个簇中大于轮廓系数均值占这个簇样本数的比例，所有簇的比例的标准差。
[0022]可选地，对所述微震事件时空数据集进行聚类分析，根据评价指标确定最优聚类簇个数包括：
[0023]对5项所述评价指标进行归一化处理，基于所述微震事件时空数据集和归一化后的5项所述评价指标，构建评价指标随聚类簇个数变化曲线图，提取所述评价指标随聚类簇个数变化曲线图中5项所述评价指标的若干交汇点，比较所述交汇点，确定最优交汇点，其中，所述最优交汇点为多项所述评价指标趋于平稳的起始点，完成确定最优聚类簇个数。
[0024]可选地，获取所述事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征包括：
[0025]获取所述事件簇质心的时空数据，按事件簇质心时间由前到后的顺序，将事件簇中微震事件依次绘制于三维图中，分析在时间序列下，所述覆岩在工作面开采过程中的断裂特征，其中，所述覆岩在工作面开采过程中的断裂特征为沿工作面推进方向的多个拱形分布事件簇。
[0026]可选地，基于所述事件簇质心的时空数据和所述能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征包括：
[0027]按所述事件簇中微震事件能量和由高到低的顺序依次绘制于三维图中，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征，其中，所述采空区最终形成的覆岩断裂特征根据破裂程度强弱分为多个层级。
[0028]可选地，基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，对断裂线联通过程进行分析，得到覆岩断裂线扩展过程包括：
[0029]将各所述拱形分布事件簇依次添加至所述覆岩断裂特征的不同层级分布图中，将既被标记为所述拱形分布事件簇，又被标记为当前层级事件簇的事件用不同颜色显示，获得工作面开采过程中形成的断裂与所述采空区最终形成的覆岩断裂联通情况，获得覆岩断裂线扩展过程。
[0030]可选地，基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到
工作面覆岩断裂线特征示意图包括：
[0031]分别将开采过程中所述拱形分布事件簇的质心和最终形态下垂直于工作面推进方向上面状分布事件簇质心绘制于距切眼距离
‑
距煤层距离二维分布图中，得到覆岩断裂线趋势及覆岩断裂线延伸到的层位，结合钻孔柱状图，绘制得到工作面覆岩断裂特征图。
[0032]可选地，基于所述工作面覆岩断裂线特征示意图及覆岩断裂线扩展过程，根据事件簇质心时空坐标，得到定量化的覆岩断裂特征包括：
[0033]根据所述工作面覆岩断裂线特征示意图，获取覆岩断裂线延伸趋势及覆岩断裂线扩展到的层位；根据所述覆岩断裂线扩展过程，获取工作面开采过程中与最终形态下断裂线联通节点所处位置及联通节点破裂层级，完成所述覆岩断裂特征的定量化分析。
[0034]本专利技术公开了以下技术效果：
[0035]本专利技术提供的一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，该方法克服了微震事件时空分布离散性的问题，为充分利用微震信息中包含的丰富的岩体破裂信息，进而为实现对岩体断裂过程内部观察提供了一种新的分析方法。该方法利用微震信息，得到了工作面覆岩断裂线特征示意图及覆岩断裂线扩展过程，定量化的实现了对工作面覆岩断裂特征的分析，为工作面强矿压防治提供较为精确的依据。
附图说明
[0036]为了更清楚地说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：获取煤矿的微震事件时空数据集，其中，所述微震事件时空数据集包括若干微震事件时空数据样本；对所述微震事件时空数据集进行聚类分析，根据评价指标确定最优聚类簇个数，基于所述最优聚类簇个数获取事件簇；获取事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征；获取事件簇质心的能量特征，基于所述事件簇质心的时空数据和所述能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征；基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，对断裂线联通过程进行分析，获得覆岩断裂线扩展过程；基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到工作面覆岩断裂线特征示意图；基于所述工作面覆岩断裂线特征示意图和所述覆岩断裂线扩展过程，根据所述事件簇质心的时空数据，得到定量化的覆岩断裂特征。2.根据权利要求1所述的工作面覆岩断裂特征定量化分析方法工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，其特征在于，所述微震事件时空数据样本的特征包括时间t和空间三维坐标x、y、z。3.根据权利要求1所述的工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，其特征在于，对所述微震事件数据集进行聚类分析的过程中采用k
‑
means聚类算法。4.根据权利要求1所述的工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，其特征在于，所述评价指标包括：指标1：轮廓系数平均值；指标2：轮廓系数标准差；指标3：大于轮廓系数平均值样本个数占总样本数比例；指标4：计算每个簇中大于轮廓系数均值占这个簇样本数的比例，所有簇的比例的平均值；指标5：计算每个簇中大于轮廓系数均值占这个簇样本数的比例，所有簇的比例的标准差。5.根据权利要求4所述的工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，其特征在于，对所述微震事件时空数据集进行聚类分析，根据评价指标确定最优聚类簇个数包括：对5项所述评价指标进行归一化处理，基于所述微震事件时空数据集和归一化后的5项所述评价指标，构建评价指标随聚类簇个数变化曲线图，提取所述评价指标随聚类簇个数变化曲线图中5项所述评价指标的若干交汇点，比较所述交汇点，确定最优交汇点，其中，所述最优交汇点为多项所述评价指标趋于平稳的起始点，完成确定最优聚类簇个数。6.根据权利要求5所述的工作面覆岩断...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长友，陈毅琪，张书荣，杨培举，卢硕，余鑫，岳鑫，王晨鸿，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：