[发明专利]煤层底板突水评价的新型实用方法-脆弱性指数法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种煤矿山煤层底板突水的评价预测方法，尤其是一种煤层底板突水评价预测的“脆弱性指数”新型实用方法。

背景技术

煤层底板突水是人为采掘工程活动导致煤层围岩体应力场能量释放、煤层底板隔水岩体结构破坏、矿井局部充水水文地质条件突变的一种地下岩体失稳现象，是一种受控于多因素影响且具有非常复杂形成机理的非线性动力现象。由于现代数学还未能用一个确定性数学方程详实地描述这种机理复杂且受控因素颇多的非线性动力现象，因而经验、半经验或统计等模型是刻画这种非线性动力现象的主要方法，如1964年焦作矿区水文地质大会借鉴匈牙利韦格弗伦斯相对系数概念(隔水层厚度与水压力之比)提出的突水系数评价法，由于该方法物理概念简单，计算方便，现场易于操作，因而一直是我国煤层底板突水评价的主要方法。但是，该方法仅考虑充水含水层水压和煤层底板隔水岩段厚度这2个控制底板突水的影响因素，虽经几次修改完善，但仍未能摆脱仅考虑这2个控制因素且无影响“权重”概念等重大缺陷。显然，该方法所能考虑的突水控制因素极为有限，未能描述煤层底板突水这种受控于多因素且具有非常复杂机理的非线性动力现象，歪曲了煤层底板十分复杂的突水机理，已不能适应新的采矿方法和新的地质环境条件下的煤层底板突水评价。

为了解决煤层底板突水预测预报评价难题，本发明人于2007年曾系统地建立了能够全面真实反映煤层底板复杂突水机理和演变过程的底板突水的主控指标体系，详细论述了体系中各突水主控因素在矿井突水过程中的作用方式与特征。但是，这种详实系统地分析确定控制煤层底板突水的主控因素，正确建立煤层底板突水的物理概念模型，仅仅是完成了解决底板突水预测预报评价难题的第一步。

长期以来，煤炭工业迫切需要系统地解决煤层底板突水预测预报评价难题，对煤层底板突水做出科学的区划和预测预报评价。

经过长期的研究和实践，本发明满足了上述煤炭工业的需求。

发明内容

本发明目的之一在于，满足煤炭工业的需求，提供一种能够真实描述受控于多因素影响且具有非常复杂形成机理的非线性动力现象的煤层底板突水的数学模型和评价方法，完成系统地解决煤层底板突水预测预报评价难题的第二步。

本发明进一步的目的在于，满足煤炭工业的需求，提供一种在现场工程实际应用中能够概念清晰明确，计算程序简单实用，易于现场工程技术人员掌握，操作便利的现代先进的数学模型和评价方法，完成系统地解决煤层底板突水预测预报评价难题的关键的第三步。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：煤层底板突水评价的新型实用方法-脆弱性指数法，是可以考虑煤层底板突水众多主控因素相互复杂作用关系和相对“权重”比例并具有多级分区特点的一种评价方法，包括以下步骤：

1.基于多源信息融合理论，以GIS为操作平台，确定煤层底板突水主控因素，经过数据采集、分析和处理，建立各主控因素子专题层图；

2.应用多源地学数据复合叠加原理，采用现代线性或非线性数学方法，通过模型的反演识别或学习训练，确定出煤层底板突水的各主控因素对复杂突水过程的“贡献”或“权重”，建立煤层底板突水预测预报评价模型；

3.根据研究区各单元计算的突水脆弱性指数频率直方图分析，合理确定突水脆弱性分区阈值，最终对煤层底板突水脆弱性做出科学的区划和预测预报评价。

由于采用了上述的“脆弱性指数法”技术方案，本发明具有的有益效果在于：

1.由于现代科学技术尚未提出一个能够详实描述煤层底板这种复杂突水机理和受控因素颇多的非线性动力现象的确定性数学方程与模型，因而应用现代多源信息融合理论，采用具有强大空间数据统计分析处理功能的地理信息系统(GIS)与线性或非线性数学的耦合方法，提出的煤层底板突水评价的脆弱性指数法，较好地解决了煤层底板突水预测预报评价的难题。

2.突破了煤层底板突水评价传统的突水系数法仅能考虑两个控制因素且无影响“权重”概念等重大缺陷的束缚，采用GIS与现代非线性数学的耦合方法，真实地刻画了煤层底板突水这种受控于多因素且具有非常复杂形成机理的非线性动力过程。

附图说明

附图1，本发明煤层底板突水评价的新型实用方法-脆弱性指数法工作流程图。

具体实施例

下面将结合附图对本发明作详细描述。

本发明一种煤层底板突水评价的新型实用方法-脆弱性指数法的具体实施技术方案包括以下步骤：

1.建立各主控因素子专题层图：