【技术实现步骤摘要】
本申请属于矿井水害防治，具体而言涉及一种基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法。
技术介绍
1、矿区/工作面开采过程中，由于上覆岩层不均匀沉降，在含水层附近发育封闭的离层空间并形成离层积水体。一旦隔水层破断，在积水离层和矿区/工作面之间形成突水通道，则发生离层突水。近年来，侏罗-白垩纪覆岩大采高综采条件导致离层突水频发，造成不同程度的财产损失甚至人员伤亡。
2、目前煤矿微震预警在冲击地压领域的应用较多，关于矿井突水方面的预警方法，基本上是根据传统导水裂隙带范围内的含水层突水案例，通过数理统计和决策理论的分析方法，选取固定监测信号建立综合预警指标。
3、然而，与传统矿井突水不同，离层突水的演化是工程采动和原位覆岩耦合的结果，不同工程地质条件下离层突水的演化机理不同，因此孕灾-致灾过程中采动覆岩各监测信号的响应特点差异较大；离层突水的预警需要充分考虑采动覆岩结构演化规律，分析离层突水致灾机理，进而选取适当的监测指标进行综合预警，而仅根据现有的顶板突水的预警方法难以实现对采动工作面离层突水的准确预警，导致工作面推进过程中对离层水的预警具有一定盲目性，无法有效保障开采安全性。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，用以解决现有技术中存在的上述问题中的至少一者。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，包括：
4、s1、
5、s2、基于工作面开采期间上位岩层和下位隔水层的破断判据，确定采动作用下上位岩层和下位隔水层不同破断顺序；选取微震预警指标，构建煤矿顶板离层突水的多因素微震预警模型，获得微震综合预警信号；
6、s3、基于工作面顶板离层水演化期间水位演化类型，构建水位预警模型，获得水位预警信号；
7、s4、基于离层突水的支架阻力预警指标建立支架阻力预警指标模型，获得支架阻力预警信号；
8、s5、基于所述微震预警信号、水位预警信号和支架阻力预警信号，建立综合预警模型，得到多因素综合预警指标结果。
9、进一步地，步骤s2中，基于采动作用下上位岩层和下位隔水层不同破断顺序以及工作面回采期间突水情况选取微震预警指标。
10、进一步地，步骤s2中，所述上位岩层和下位隔水层的破断判据为：
11、
12、上式中，α为岩层揭露长度；β为上位岩层或下位隔水层厚度；λ为上位岩层或下位隔水层弹性模量；χ为弹性梁截面弯曲刚度；q为岩层受到的总荷载；x，y为分别为模型横坐标和纵坐标；m为工作面采高；kp为岩层碎涨系数，取1.03-1.035；hn为上位岩层或下位隔水层底板距煤层顶板间距；σc为岩石单轴抗压强度；m，s，a为虎克-布朗准则常数；
13、其中，当j(x,y)>1时，岩层破断。
14、进一步地，步骤s3中，将工作面顶板离层水演化期间水位演化类型划分为水位周期波动型和水位持续下降型，构建水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警模型，获得水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警信号。
15、进一步地，步骤s3中，水位周期波动型和水位持续下降型的判断条件如下：
16、针对水位周期波动型：整个回采期间仅有一处积水离层，含水层中仅一处的相邻岩层满足如下判断条件：
17、
18、而其余相邻岩层均满足如下判断条件：
19、以及
20、针对水位持续下降型：整个回采期间在含水层底部和内部形成多个积水离层，含水层中存在两处及以上的相邻岩层之间满足以下条件：
21、
22、上式中，λi-1、λi和λi+1为第i-1,i和i+1层岩层的弹性模量；ψi-1、ψi和ψi+1为第i-1,i和i+1层岩层的厚度。
23、进一步地，对于水位周期波动型，选取水位变化量为预警指标；对于水位持续下降型，选取水位变化量和水位变化速度作为预警指标。
24、进一步地，步骤s3中，基于水位变化量预警判别模型，计算得到水位变化量预警信号l；基于水位变化速度预警判别模型，计算得到水位变化速度预警信号v；
25、其中，所述水位变化量预警判别模型为：
26、l＝<rh0-rhi>
27、所述水位变化速度预警判别模型为：
28、v＝<v0-vd>
29、上式中，上式中，<>为判别函数，有rht表示t时刻水位变化量；rh0为水位变化量预警阈值；l、v取1表示指标达到预警阈值；l、v取0表示指标未达到预警阈值；vd表示水位变化速度；v0为水位变化速度预警阈值。
30、进一步地，步骤s4中，按照下式计算离层突水的支架阻力预警指标mp：
31、
32、上式中，γ为岩体平均体积力，z为支架循环末阻力；s为顶梁面积，hlc为下位隔水层顶板距煤层顶板距离。
33、进一步地，所述支架阻力预警模型为：
34、p＝<mpt-mp0>
35、上式中，< >为判别函数，有mpt表示t时刻支架阻力预警指标；mp0为支架阻力预警阈值；p取1表示指标达到预警阈值；0表示指标未达到预警阈值。
36、进一步地，步骤s5中，所述综合预警模型为：
37、ewi＝l·(e·p+v)
38、上式中，l、e、p、v分别表示水位变化量预警信号、微震预警信号、支架阻力预警信号、水位变化速度预警信号，取1表示指标达到预警阈值，0表示指标未达到预警阈值；rht和rh0分别表示t时刻水位变化量及其预警阈值；vt和v0分别表示当天水位变化速度及其预警阈值；met和me0分别表示t时刻微震综合预警指标及其预警阈值；mpt和mp0分别表示t时刻支架阻力综合预警指标及其预警阈值；
39、当综合预警指标ewi≥1时，启动灾害预警。
40、与现有技术相比，本专利技术提供的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，充分考虑离层突水的演化机理，建立采动覆岩可积水离层结构力学模型，分析工作面推进期间导水通道形成力学机理，在此基础上综合考虑不同工程地质件下水位、微震、支架阻力等因素，建立多因素综合预警指标，能够对采动工作面离层突水进行准确预警，可为矿井实际生产期间及时避灾提供更有指导性的借鉴。
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1.一种基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S2中，基于采动作用下上位岩层和下位隔水层不同破断顺序以及工作面回采期间突水情况选取微震预警指标。
3.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S2中，所述上位岩层和下位隔水层的破断判据为：
4.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S3中，将工作面顶板离层水演化期间水位演化类型划分为水位周期波动型和水位持续下降型，构建水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警模型，获得水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警信号。
5.根据权利要求4所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S3中，水位周期波动型和水位持续下降型的判断条件如下：
6.根据权利要求4所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，对于水位周期波动型，选取水位变化量为预警指标；
7.根据
8.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S4中，按照下式计算离层突水的支架阻力预警指标MP：
9.根据权利要求8所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，所述支架阻力预警模型为：
10.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤S5中，所述综合预警模型为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤s2中，基于采动作用下上位岩层和下位隔水层不同破断顺序以及工作面回采期间突水情况选取微震预警指标。
3.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤s2中，所述上位岩层和下位隔水层的破断判据为：
4.根据权利要求1所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤s3中，将工作面顶板离层水演化期间水位演化类型划分为水位周期波动型和水位持续下降型，构建水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警模型，获得水位周期波动型和水位持续下降型的水位预警信号。
5.根据权利要求4所述的基于多因素指标的煤矿顶板离层突水预警方法，其特征在于，步骤s3中，水位周...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦楠，乔伟，孟祥胜，陶志和，肖冲，孔英权，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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