煤层底板突水变权区间阈值确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤层底板突水变权区间阈值确定方法，首先确定各主控因素，然后依次进行数据采集、量化和归一化处理；状态变权向量公式的构建；对各主控因素指标值进行分类处理；变权区间阈值的确定。首次提出了在应用变权模型进行煤层底板脆弱性评价预测中的变权区间阈值的确定方法，使用该方法确定变权区间阈值的方法合理，符合生产实际，可有效的提高煤层底板突水脆弱性评价预测的精度。
【专利说明】煤层底板突水变权区间阈值确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤层底板突水预测技术，尤其涉及一种煤层底板突水变权区间阈值确定方法。
【背景技术】
[0002]近年来我国煤矿的开采逐渐的向深部发展，有些开采时间长的老矿区开采深度已经超过了 1000m，形成了深部开采的高地应力区，同时所开采煤层的底板所承受的岩溶承压含水层的水压也越来越大。并且随着煤炭开采高产高效的要求，采煤工作面的空间尺度也越来越大，机械化程度越来越高。在这样的背景下，底板突水的几率显著增加。如果不及时采取相应的防治水措施，不仅突水事故继续增加，还会使一大批受水害威胁的矿井提前报废。可以说底板岩溶高承压水的水害对煤层开采的威胁，严重制约了我国的煤矿开采。由此可见，煤层底板水害已成为影响制约我国煤炭安全生产的重大难题之一，对其进行准确预测预报与评价具有十分重要的理论指导意义和实用价值。
[0003]基于以上原因，中国矿业大学(北京)武强教授早在上世纪九十年代末就致力于研究基于多源信息集成理论和“环套理论”，并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方法的集成技术，对煤层底板突水进行了研究，并于近期提出了利用基于变权模型的脆弱性指数法对煤层底板突水进行预测评价方法，变权模型可以克服传统常权模型中“权重”一旦确定后，无论主控因素在研究区的指标数值如何变化，出现多大幅度的突变情况，权重数值在整个研究区均是固定不变的缺陷。同时变权模型也注重各主控因素之间相互关联关系对煤层底板突水的控制作用，有效的反映了各主控因素在煤层底板突水问题中的变化规律。因而其评价思想更加合理。
[0004]在应用变权模型对煤层底板突水危险性进行预测评价时，需要首先确定各主控因素的变权区间，然后对不同的区间采用对应的“激励”、“惩罚”机制对其权重进行调节。然而变权模型中的变权区间阈值的确定是该技术的一个难点，目前尚无统一的分析确定方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能有效的提高煤层底板突水脆弱性评价预测的精度的煤层底板突水变权区间阈值确定方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，首先确定各主控因素，还包括以下步骤:
[0008]A、数据采集、量化和归一化处理；
[0009]B、状态变权向量公式的构建；
[0010]C、对各主控因素指标值进行分类处理；
[0011]D、变权区间阈值的确定。
[0012]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，由于在确定各主控因素的基础上，依次进行数据采集、量化和归一化处理；状态变权向量公式的构建；对各主控因素指标值进行分类处理；变权区间阈值的确定，首次提出了在应用变权模型进行煤层底板脆弱性评价预测中的变权区间阈值的确定方法，该方法根据煤层底板突水各主控因素指标值在空间分布上存在差异，同时也具有一定的相似性的特征，利用统计分析手段有效的对各因素指标值进行分类处理，然后根据分类的临界值求取变权区间阈值，从而利用对应的“激励”、“惩罚”措施对其权重进行调节。使用该方法确定变权区间阈值的方法合理，符合生产实际。可有效的提高煤层底板突水脆弱性评价预测的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例提供的煤层底板突水变权区间阈值确定方法的工作流程图；
[0014]图2为本发明实施例中煤层底板隔水层承受的底板灰岩水压专题图；
[0015]图3为本发明实施例中5#煤至底板灰岩有效隔水层等效厚度专题图；
[0016]图4为本发明实施例中5#煤至底板灰岩矿压破坏带下脆性岩厚度专题图；
[0017]图5为本发明实施例中底板灰岩含水层富水性专题图；
[0018]图6为本发明实施例中5#煤断层规模指数专题图；
[0019]图7为本发明实施例中5#煤断层与褶皱分布专题图；
[0020]图8为本发明实施例中5#煤断层与褶皱交端点专题图；
[0021]图9为本发明实施例中煤层底板隔水层承受的底板灰岩水压指标值分类图；
[0022]图10为本发明实施例中有效隔水层等效厚度指标值分类图；
[0023]图11为本发明实施例中矿压破坏带下脆性岩厚度指标值分类图；
[0024]图12为本发明实施例中底板灰岩含水层富水性指标值分类图；
[0025]图13为本发明实施例中断层规模指数指标值分类图；
[0026]图14为本发明实施例中水压变权区间空间分布图；
[0027]图15为本发明实施例中有效隔水层等效厚度变权区间空间分布图；
[0028]图16为本发明实施例中矿压破坏带下脆性岩厚度变权区间空间分布图；
[0029]图17为本发明实施例中底板灰岩含水层富水性变权区间空间分布图；
[0030]图18为本发明实施例中断层规模指数变权区间空间分布图；
[0031]图19为本发明实施例中5#煤断层与褶皱分布变权区间空间分布图；
[0032]图20为本发明实施例中5#煤断层与褶皱交端点变权区间空间分布图；
[0033]图21为本发明实施例中基于变权模型的底板突水脆弱性评价分区图。
【具体实施方式】
[0034]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0035]本发明的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0036]首先确定各主控因素，还包括以下步骤:
[0037]A、数据采集、量化和归一化处理；
[0038]B、状态变权向量公式的构建；
[0039]C、对各主控因素指标值进行分类处理；
[0040]D、变权区间阈值的确定。
[0041]所述步骤A中，数据采集、量化和归一化处理是根据矿区地质勘探钻孔、地质构造、抽水试验和采矿资料，采集主控因素原始数据，并对数据进行量化和归一化处理。
[0042]述步骤A中，对采集、量化的数据进行归一化处理的表达如下:
【权利要求】
1.一种煤层底板突水变权区间阈值确定方法，首先确定各主控因素，其特征在于，还包括以下步骤: A、数据采集、量化和归一化处理； B、状态变权向量公式的构建； C、对各主控因素指标值进行分类处理； D、变权区间阈值的确定。
2.根据权利要求1所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤A中，数据采集、量化和归一化处理是根据矿区地质勘探钻孔、地质构造、抽水试验和采矿资料，采集主控因素原始数据，并对数据进行量化和归一化处理。
3.根据权利要求2所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤A中，对采集、量化的数据进行归一化处理的表达如下:
式中=Ai为归一化处理后的数据，a、b分别归一化范围的下限和上限，分别取O和1，Hiin(Xi)和max (Xi)分别为各主控因素量化值的最小值和最大值。
4.根据权利要求1所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤B中，所述的状态变权向量公式的表达如下:
式中:c、a2、a3为调权参数。dj1、dj2、dJ3为第j个因素变权区间阈值。
5.根据权利要求1所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤C中对各主控因素指标值进行分类处理，具体包括以下步骤: Cl、按照K-means算法选择叠代分类，确定K-means算法的迭代次数为10,确定分类类别为4类； C2、对各因素指标值进行动态聚类运算，直到迭代稳定； C3、根据分类结果确定各因素指标值分类临界值。
6.根据权利要求1所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤D中，变权区间阈值的确定表达如下:
dji = (fji+fJ2) /2 ;dJ2 = (fJ3+fJ4) /2 ;di3 = (fJ5+fJ6) /2 式中:dj为第j个因素的变权区间阈值；fj为聚类分级中第j个因素的指标值的分类临界值。
7.根据权利要求6所述的煤层底板突水变权区间阈值确定方法，其特征在于，所述步骤D中，变权区间阈值的确定，其中断层与褶皱分布、断层与褶皱交点与端点分布两个主控 因素的分区阈值优选值为Cl1 = O d2 = 0.5 d3 = 0.8。
【文档编号】G06F17/30GK104133864SQ201410342497
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】武强, 李博, 刘守强, 曾一凡 申请人:中国矿业大学(北京)