一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法，包括选取与顶板突水的溃砂事故相关的指标；基于层次分析和熵权综合确定指标常权权重值；构造变权函数，确定各指标变权权重值；通过常权

【技术实现步骤摘要】
一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采突水溃砂防治领域，具体涉及一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法。

技术介绍

[0002]近年来我国煤炭开采中心向西北部鄂尔多斯盆地侏罗系煤田转移，由于复杂的工程地质条件，煤矿开采过程中地质灾害频繁发生。特别的，由白垩系含水层引发的工作面离层突水具有突发性、高涌水量等特点，再加上侏罗系地层属于陆相沉积的弱胶结砂泥岩层，高强度开采下顶板弱胶结岩层严重破碎，大量泥砂颗粒在强水流冲刷下涌入工作面，严重时会造成排水设施瘫痪、工作面淤埋，影响工作进度甚至威胁矿工生命安全。来自离层空间的水流速度和工作面直接顶侏罗系岩层的胶结程度是溃砂预测形成和评价其规模的两大主控因素。
[0003]对于溃砂的预测，既需要考虑水源，也要考虑砂源(物源)，只有水源物源同时满足才可发生一定规模的溃砂。一方面，目前矿区危险性评价方法多聚焦与矿井突水有关的影响因素，普遍基于经验，如层次分析法，来确定影响因素权重，然后将各因素危险性系数叠加来获得矿区(工作面)突水危险性分区图。然而，不同于传统突水，采动覆岩离层突水的直接水源(离层积水)和导水通道(采动裂隙)是由采动引发的，其水源规模和通道是原位覆岩和工程开采条件相互耦合的结果，无法通过前期的物探钻探预测。另一方面，水流作用下岩层劣化与岩层的岩性、结构、完整度等多方面因素密切相关。鄂尔多斯盆地侏罗系地层沉积环境复杂，地层赋存特征多变，目前对岩体遇水劣化的研究主要以室内实验的形式开展，尚没有一种评价方法来将区域地层宏观特性和遇水劣化程度联系起来。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法，通过基于经验、数据统计和变权相结合确定权重值后，再结合沉积微相，考虑溃砂水源砂源相互作用的危险性分区方法，从而最终更加准确、便捷的预测出矿井溃砂危险区域。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法，所述方法包括：
[0007]选取与顶板突水的溃砂事故相关的指标；
[0008]基于层次分析和熵权综合确定指标常权权重值；
[0009]构造变权函数，确定各指标变权权重值；
[0010]通过常权
‑
变权的模型获得矿井溃砂水源危险性分区图；
[0011]基于沉积微相得到溃砂物源危险性分区图；
[0012]综合矿井溃砂水源危险性分区图和溃砂物源危险性分区图，最终圈定溃砂的高风险区域。
[0013]需要指出的是，本专利技术利用了基于层次分析法、熵权法综合确定指标常权权重值。
进一步的，在本专利技术看来，基于层次分析法实际上代表着主观判断，熵权法代表着客观统计。
[0014]具体的说：
[0015]层次分析法(AHP)首先将一个具有多个目标的复杂决策问题视为一个系统，然后根据实际情况将目标分解成多个子目标，然后将问题进一步分解为具有多个指标的几个层次，使用定性指标模糊量化方法，计算出层次单排序(权数)与总排序，进而达到对目标(多指标)、多方案优化决策的目的
[0016]为了使得决定的结果更容易被接受，Saaty等人提出一致矩阵法，即对某一准则，先对其下的各个因素进行两两比较，并根据其重要程度来划分等级。a
ij
为要素i与要素j相比的重要性结果。表1列出了 Saaty提出的9个重要性等级及其对应的值。将两两比较得出的重要性结果构成的矩阵称为判断矩阵。判断矩阵具有如下性质：
[0017][0018]表1判断矩阵元素a
ij
的标度方法
[0019][0020]判断矩阵最大特征根λ
max
的特征向量，经归一化(使向量中各元素之和等于1)后记为W。能否确认矩阵的层次单排序，需要进行一致性检验，即对A确定不一致的允许范围。其中，n阶一致阵的唯一非零特征根为n；当且仅当λ＝n时，A为一致矩阵。
[0021]由于λ连续的依赖于a
ij
，则λ比n大的越多，A的不一致性越严重，一致性指标用CI计算，CI越小，说明一致性越大。用最大特征值所对应的特征向量作为某被比较的因素对上层某因素影响性的权向量，其不一致的程度越大，导致的判断误差越大。因而可以用λ
‑
n 的大小来量化A的不一致程度。定义一致性指标为：
[0022][0023]CI＝0，有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI 越大，不一致越严重。为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI：
[0024][0025]其中，随机一致性指标RI和判断矩阵的阶数有关，一般情况下，矩阵阶数越大，则一致性随机偏离的可能性就越大，其对应关系如表 2：
[0026]表2一致性指标与矩阵阶数的关系
[0027]矩阵阶数12345678910RI000.580.901.121.241.321.411.451.49
[0028]考虑到随机原因可能会造成一致性的偏离，因此在检验判断矩阵是否有满意的一致性时，还需将CI和RI进行比较，进而得出检验系数CR，公式如下：
[0029][0030]一般，若CR＜0.1，则认为构造的判断矩阵可以通过一致性检验，否则就不具有满意的一致性。
[0031]基于此，第i项指标的权重为
[0032][0033]结合工程经验和文献资料，构建判断矩阵A，借助matlab软件，计算得到判断矩阵A的一致性指标,根据公式进一步计算得出判断矩阵的一致性比例CR，即是否符合一致性检验标准。当符合一致性检验，用matlab计算得出各影响因子权重值。
[0034]熵权法是通过各指标包含信息量的多少来客观地对指标权重进行赋值的方法。一般来说，指标的变化幅度越大，则意味该指标包含的信息量就越大，所以该指标的权重也越大。使用熵权法计算指标权重，步骤如下：
[0035]1)将原始数据矩阵标准化
[0036]假设评价指标有m个，评价对象有n个，则有原始数据矩阵：
[0037][0038]对该矩阵标准化有：
[0039][0040]式中，r
ij
为第j个评价对象在第i个评价指标上的标准值，按式计算
[0041][0042]2)定义熵
[0043]对于评价指标有m个，评价对象有n个的评估问题，将第i个指标的熵定义为
[0044][0045]当f
ij
＝0时，另f
ij ln f
ij
＝0。
ꢀꢀꢀ
(10)
[0046]3)定义熵权
[0047]基于定义的熵，可以确定义第i个指标的熵权，即：
[0048][0049]其中0≤u
i
≤1，
[0050]将AHP确定的主观权重w
i
和EM确定的客观权重u
i
的平均值，作为危险性影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法，其特征在于，所述方法包括：选取与顶板突水的溃砂事故相关的指标；基于层次分析和熵权综合确定指标常权权重值；构造变权函数，确定各指标变权权重值；通过常权
‑
变权的模型获得矿井溃砂水源危险性分区图；基于沉积微相得到溃砂物源危险性分区图；综合矿井溃砂水源危险性分区图和溃砂物源危险性分区图，最终圈定溃砂的高风险区域。2.根据权利要求1所述的采动覆岩携泥砂离层突水危险性评价方法，其特征在于，所述构造变权函数包括：定义1：假设矢量是一个n维常权矢量，满足定义2：设W存在映射关系[0,1]
m
→
(0,1]
m
,W(x)＝(w1(x),w2(x),
…
w
m
(x))ism维变权矢量，其满足如下条件：(1)w
j
(x)∈(0,1)且(2)当j∈{1,2,
…
,m}时，有α
j
,β
j
∈[0,1]且α
j
≤β
j
；w
j
(x1,
…
,x
m
)在区间[0,α
j

【专利技术属性】
技术研发人员：乔伟，刘梦楠，王启庆，李连刚，程香港，张磊，孟祥胜，韩昌民，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：