煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，首先確定各主控因素，然后依次進行數(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理；狀態(tài)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(qū)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(qū)間閾值的確定方法，使用該方法確定變權區(qū)間閾值的方法合理，符合生產(chǎn)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(qū)間閾值確定方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)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(qū)間閾值確定方法。

【背景技術】
[0002]近年來我國煤礦的開采逐漸的向深部發(fā)展，有些開采時間長的老礦區(qū)開采深度已經(jīng)超過了 1000m，形成了深部開采的高地應力區(qū)，同時所開采煤層的底板所承受的巖溶承壓含水層的水壓也越來越大。并且隨著煤炭開采高產(chǎn)高效的要求，采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，底板突水的幾率顯著增加。如果不及時采取相應的防治水措施，不僅突水事故繼續(xù)增加，還會使一大批受水害威脅的礦井提前報廢?？梢哉f底板巖溶高承壓水的水害對煤層開采的威脅，嚴重制約了我國的煤礦開采。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(chǎn)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]基于以上原因，中國礦業(yè)大學(北京)武強教授早在上世紀九十年代末就致力于研究基于多源信息集成理論和“環(huán)套理論”，并采用具有強大空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理功能的地理信息系統(tǒng)(GIS)與線性或非線性數(shù)學方法的集成技術，對煤層底板突水進行了研究，并于近期提出了利用基于變權模型的脆弱性指數(shù)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(tǒng)常權模型中“權重”一旦確定后，無論主控因素在研究區(qū)的指標數(shù)值如何變化，出現(xiàn)多大幅度的突變情況，權重數(shù)值在整個研究區(qū)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(lián)關系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(guī)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(qū)間，然后對不同的區(qū)間采用對應的“激勵”、“懲罰”機制對其權重進行調(diào)節(jié)。然而變權模型中的變權區(qū)間閾值的確定是該技術的一個難點，目前尚無統(tǒng)一的分析確定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)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(qū)間閾值確定方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的煤層底板突水變權區(qū)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(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理；
[0009]B、狀態(tài)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(qū)間閾值的確定。
[0012]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，由于在確定各主控因素的基礎上，依次進行數(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理；狀態(tài)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(qū)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(qū)間閾值的確定方法，該方法根據(jù)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征，利用統(tǒng)計分析手段有效的對各因素指標值進行分類處理，然后根據(jù)分類的臨界值求取變權區(qū)間閾值，從而利用對應的“激勵”、“懲罰”措施對其權重進行調(diào)節(jié)。使用該方法確定變權區(qū)間閾值的方法合理，符合生產(chǎn)實際?？捎行У奶岣呙簩拥装逋凰嗳跣栽u價預測的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例提供的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法的工作流程圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例中煤層底板隔水層承受的底板灰?guī)r水壓專題圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實施例中5#煤至底板灰?guī)r有效隔水層等效厚度專題圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實施例中5#煤至底板灰?guī)r礦壓破壞帶下脆性巖厚度專題圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實施例中底板灰?guī)r含水層富水性專題圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實施例中5#煤斷層規(guī)模指數(shù)專題圖；
[0019]圖7為本發(fā)明實施例中5#煤斷層與褶皺分布專題圖；
[0020]圖8為本發(fā)明實施例中5#煤斷層與褶皺交端點專題圖；
[0021]圖9為本發(fā)明實施例中煤層底板隔水層承受的底板灰?guī)r水壓指標值分類圖；
[0022]圖10為本發(fā)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(fā)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(fā)明實施例中底板灰?guī)r含水層富水性指標值分類圖；
[0025]圖13為本發(fā)明實施例中斷層規(guī)模指數(shù)指標值分類圖；
[0026]圖14為本發(fā)明實施例中水壓變權區(qū)間空間分布圖；
[0027]圖15為本發(fā)明實施例中有效隔水層等效厚度變權區(qū)間空間分布圖；
[0028]圖16為本發(fā)明實施例中礦壓破壞帶下脆性巖厚度變權區(qū)間空間分布圖；
[0029]圖17為本發(fā)明實施例中底板灰?guī)r含水層富水性變權區(qū)間空間分布圖；
[0030]圖18為本發(fā)明實施例中斷層規(guī)模指數(shù)變權區(qū)間空間分布圖；
[0031]圖19為本發(fā)明實施例中5#煤斷層與褶皺分布變權區(qū)間空間分布圖；
[0032]圖20為本發(fā)明實施例中5#煤斷層與褶皺交端點變權區(qū)間空間分布圖；
[0033]圖21為本發(fā)明實施例中基于變權模型的底板突水脆弱性評價分區(qū)圖。

【具體實施方式】
[0034]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0035]本發(fā)明的煤層底板突水變權區(qū)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(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理；
[0038]B、狀態(tài)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(qū)間閾值的確定。
[0041]所述步驟A中，數(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理是根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔、地質(zhì)構造、抽水試驗和采礦資料，采集主控因素原始數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行量化和歸一化處理。
[0042]述步驟A中，對采集、量化的數(shù)據(jù)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(qū)間閾值確定方法，首先確定各主控因素，其特征在于，還包括以下步驟: A、數(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理； B、狀態(tài)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(qū)間閾值的確定。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，所述步驟A中，數(shù)據(jù)采集、量化和歸一化處理是根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔、地質(zhì)構造、抽水試驗和采礦資料，采集主控因素原始數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行量化和歸一化處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，所述步驟A中，對采集、量化的數(shù)據(jù)進行歸一化處理的表達如下:
式中=Ai為歸一化處理后的數(shù)據(jù)，a、b分別歸一化范圍的下限和上限，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(jù)權利要求1所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，所述步驟B中，所述的狀態(tài)變權向量公式的表達如下:
式中:c、a2、a3為調(diào)權參數(shù)。dj1、dj2、dJ3為第j個因素變權區(qū)間閾值。
5.根據(jù)權利要求1所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，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(shù)為10,確定分類類別為4類； C2、對各因素指標值進行動態(tài)聚類運算，直到迭代穩(wěn)定； C3、根據(jù)分類結果確定各因素指標值分類臨界值。
6.根據(jù)權利要求1所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，所述步驟D中，變權區(qū)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(qū)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(jù)權利要求6所述的煤層底板突水變權區(qū)間閾值確定方法，其特征在于，所述步驟D中，變權區(qū)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(qū)閾值優(yōu)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(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】武強, 李博, 劉守強, 曾一凡 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)