含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素及重要度确定方法
【专利摘要】本发明为避免无效因素过多而无法剔出，影响关键影响因素权重的合理分配，提供了一种基于试验的、开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素分析方法，包括：确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容的各影响因素、对各关键影响因素进行两两对比以确定判定矩阵、采用归一化处理方法，建立扩容各关键影响因素的权重集，以及进一步对各关键影响因素权重进行一致性验证。本发明方法具有广泛的实用性，避免了主观给定关键影响因素指标，根据现场观测实验，通过实验室试验分析扩容特征及专家判定标准值，使得分析结果科学、客观、安全可靠。
【专利说明】 含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素及重要度确定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿深部开采灾害防控领域，更具体地，涉及一种基于试验的、开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素及重要度确定方法。
【背景技术】
[0002]开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容是含瓦斯煤岩体受采动作用发生体积非线性膨胀变形的现象。工作面含瓦斯煤岩体发生扩容极易诱发煤与瓦斯突出事故发生，给安全生产造成严重影响。
[0003]随着采深的增加，工作面含瓦斯煤岩体扩容诱发煤与瓦斯突出事故越发严重，因此，控制含瓦斯煤岩体扩容应弄清开采扰动条件下工作面含瓦斯煤岩体扩容的关键影响因素。特别是各因素对含瓦斯煤岩体扩容影响权重的排序分析。
[0004]目前，对开采扰动工作面的含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素的客观、有效的确定方法未见相关研究报道，而常用关键影响因素重要度的确定方法也是首先设计一套影响指标体系，然后通过经验确定各因素的重要性进行分析。由于这些决策因素相互关系复杂，且所需资料缺乏，其分析过程中常常包含着许多不确定性和随机性，使分析结果失去了科学性和合理性，具体问题表现在:
[0005]( I)分析因素指标的选取问题
[0006]含瓦斯煤岩体扩容是在应力作用下，当应力达到某一定值时，岩石的体积不但不缩小反而增大的一种力学现象，其关键影响因素较多。关键影响因素指标设计者在设计分析因素体系时往往追求指标的全面性，企图追求指标包含全部考察因素，其结果是使分析指标体系过多甚至含有无效指标。另外，无效指标无法采取相应办法剔出，容易导致主要信息丢失而且影响了关键影响因素的权重分配。这要求对分析指标体系进行合理地筛选并采取措施剔出无效指标。现有技术中没有一套方法来指导实际生产实践中，无法确定哪些或哪个因素是重点或哪些或哪个因素可以忽略，这些因素例如包括:原岩应力、瓦斯放散初速度、采动应力集中系数、瓦斯压力、含瓦斯煤岩体内摩擦角、含瓦斯煤的抗压强度，以及瓦斯含量。
[0007](2)分析指标体系中排序的客观性
[0008]在权重分配问题上不同分析人员对同一问题的看法往往不同，具有很大的随意性和主观性，分析指标体系的重要性排序缺乏客观性和公正性。
【发明内容】
[0009]为减少现有技术中通常采用主观判断来确定扩容关键影响因素所带来的不准确性，且避免无效因素过多而无法剔出，影响关键影响因素权重集的分配，本发明基于两种试验过程并采用模糊数学分析，提供了一种基于试验的、开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素确定方法，包括:
[0010]步骤1、确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容的影响因素[0011]步骤1.1、取不同地质赋存条件煤样，测试含瓦斯煤岩体应力应变曲线，分析含瓦斯煤岩体体积应变特征:
[0012]I)进行强度试验:测试不同瓦斯压力下含瓦斯煤岩体的单轴应力应变曲线，其中采用荷载加载方式实现不同瓦斯压力的加载，荷载加载过程的加压压差为0.5MPa ；
[0013]2)进行破坏变形试验:测试不同瓦斯压力下的含瓦斯煤岩体三轴应力应变曲线，观测含瓦斯煤岩体破坏变形过程；
[0014]测试含瓦斯煤岩体三轴全应力应变曲线时，在含瓦斯煤岩体试样上的不同方向设置应变传感器，测定含瓦斯煤岩体体积应变，从而观测含瓦斯煤岩体体积应变由压缩转变为非线性膨胀拐点处的应力，即扩容应力；
[0015]步骤1.2、分析含瓦斯煤岩体单轴应力应变曲线和三轴应力应变曲线和影响岩石力学性质的因素，确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容的影响因素；
[0016]步骤2、分析煤岩体扩容应力、体积应变与所述影响因素之间关系，确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体各扩容关键影响因素；
[0017]步骤3、根据工作面含瓦斯煤岩体扩容特征，利用层次分析法原理，对各扩容关键影响因素进行两两对比以确定判定矩阵:
[0018]步骤3.1、定义扩容关键影响因素集U=LU1, U2, U3,...uj ,其中U1, u2, U3,..., Um为
各扩容关键影响因素，m为因素个数,为自然数；
[0019]步骤3.2、构建所述评价因素集中各扩容关键影响因素相对重要性情况的判定矩
阵
[0020]
【权利要求】
1.一种工作面含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素及重要度确定方法，其特征在于，包括: 步骤1、确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容的影响因素 步骤1.1、取不同地质赋存条件煤样，测试含瓦斯煤岩体应力应变曲线，分析含瓦斯煤岩体体积应变特征: 1)进行强度试验:测试不同瓦斯压力下含瓦斯煤岩体的单轴应力应变曲线，其中采用荷载加载方式实现不同瓦斯压力的加载，荷载加载过程的加压压差为0.5MPa ； 2)进行破坏变形试验:测试不同瓦斯压力下的含瓦斯煤岩体三轴应力应变曲线，观测含瓦斯煤岩体破坏变形过程； 测试含瓦斯煤岩体三轴全应力应变曲线时，在含瓦斯煤岩体试样上的不同方向设置应变传感器，测定含瓦斯煤岩体体积应变，从而观测含瓦斯煤岩体体积应变由压缩转变为非线性膨胀拐点处的应力，即扩容应力； 步骤1.2、分析含瓦斯煤岩体单轴应力应变曲线和三轴应力应变曲线和影响岩石力学性质的因素，确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体扩容的影响因素； 步骤2、分析煤岩体扩容应力、体积应变与所述影响因素之间关系，确定开采扰动工作面含瓦斯煤岩体各扩容关键影响因素； 步骤3、根据工作面含瓦斯煤岩体扩容特征，利用层次分析法原理，对各扩容关键影响因素进行两两对比以确定判定矩阵: 步骤3.1、定义扩容关键影响因素集u=[u1； U2, U3,...um],其中U1, u2, U3,..., Um为各扩容关键影响因素，m为因素个数,为自然数； 步骤3.2、构建所述评价因素集中各扩容关键影响因素相对重要性情况的判定矩阵
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，在所述破坏变形试验中，采用三轴位移加载方式是以0.02mm/s>0.02mm/5s>0.02mm/10s加载速度进行三轴加载试验。
3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述影响因素包括:原岩应力、瓦斯放散初速度、采动应力集中系数、瓦斯压力、含瓦斯煤岩体内摩擦角、含瓦斯煤的抗压强度，以及瓦斯含量。
4.根据权利要求1-3之一所述的确定方法，其特征在于，所述关键影响因素包括:原岩应力、采动应力集中系数、瓦斯压力、含瓦斯煤的抗压强度，以及瓦斯含量。
5.根据权利要求1-3之一所述的确定方法，其特征在于，所述步骤3.1中，定义含瓦斯煤岩体扩容关键影响因素综合评价因素集U包括U1-U5，其中=U1——原岩应力、U2——采动应力集中系数、U3——瓦斯压力、U4——含瓦斯煤的抗压强度、U5——瓦斯含量。
6.根据权利要求1-3之一所述的确定方法，其特征在于，所述步骤3.2中，Uij取1,2，…，9及其倒数；各数值的含义为: (1)1，3，5，7，9这五个数值分别表示Ui与Uj之间的重要性从相等开始逐渐递增； (2)2表示Ui与Uj之间的重要性处于I和3这两个数值所表示的重要性之间，4表示Ui与Uj之间的重要性处于3和5这两个数值所表示的重要性之间，6表示Ui与Uj之间的重要性处于5和7这两个数值所表示的重要性之间，8表示Ui与Uj之间的重要性处于7和9这两个数值所表示的重要性之间； (3)1，1/3，1/5，1/7，1/9这五个数值分别表示Ui与Uj之间的重要性从相等开始逐渐递增； (4)1/2表示Ui与Uj之间的重要性处于I和1/3这两个数值所表示的重要性之间，1/4表示Ui与Uj之间的重要性处于1/3和1/5这两个数值所表示的重要性之间，1/6表示Ui与Uj之间的重要性处于1/5和1/7这两个数值所表示的重要性之间，1/8表示Ui与Uj之间的重要性处于1/7和1/9这两个数值所表示的重要性之间。
【文档编号】G01N3/00GK103454139SQ201310405301
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】谢广祥, 胡祖祥 申请人:安徽理工大学