一种冲击危险静态评估方法及系统、存储介质、计算设备与流程

本发明涉及矿井监测
技术领域：
，特别是一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法及系统、存储介质、计算设备。
背景技术：
：冲击危险静态评估作为矿井采前冲击危险性评价，其可以从整体上掌握待采区域的冲击危险程度及危险区域的分布特征，为工作面开采设计、监测系统布置、防治方案制定及人员管理提供依据，是冲击地压灾害防治的重要一环。目前，用于冲击危险性静态评估的方法主要有：综合指数法、多因素耦合法、动力区划法、可能性指数法、数量化理论法、动态权重法等。但是，上述方法只能对危险区域分布及其等级进行经验性、定性的分析，且评价结果依赖于矿井在开采前对评价区域资料掌握的真实性和完整性，也依赖于评价人员的认识和专业水平。由于煤矿井下的复杂性、多变性以及勘探程度不足等原因的限制，导致评价结果往往与实际存在较大的偏差，严重影响了冲击地压防治的针对性和有效性。技术实现要素：鉴于上述问题，本发明提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法及系统、存储介质、计算设备。本发明提供的冲击地压静态评估方法采用基于理论分析和现场ct探测相结合的方式，弥补了传统方法存在的主观影响因素大、无法定量分析、准确性低等不足，对提高冲击地压治理效果，确保煤矿安全生产具有重要的作用。根据本发明的一个方面，提供了一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法，包括：获取冲击地压的影响因素，并将所述影响因素划分为全局性因素和局部性因素；建立所述全局性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到全局性影响指数；建立局部性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到局部性影响指数；将所述全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数，根据理论评估影响指数确定巷道冲击危险区域及其等级；对目标区域进行现场ct探测，获得现场ct探测冲击危险指数；将所述理论评估冲击危险指数和所述现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数；根据所述综合冲击危险影响指数确定所述目标区域的巷道静态危险区域分布及等级。可选地，所述全局性因素包括：开采煤层冲击地压发生的次数、开采深度、开采煤层厚度、煤的弹性能量指数、煤的单轴抗压强度、煤的冲击能量指数、顶板岩层厚度特征参数、构造应力水平、坚硬顶板位置、保护层的卸压效果、与邻近采空区的关系。可选地，通过以下公式得到全局性影响指数：其中，u表示全局性影响指数；i表示全局性因素的标识。可选地，所述局部性因素包括：采动应力影响指数、构造影响指数、交叉巷道及硐室影响指数、采空区边缘的影响指数、巷道底煤厚度、区段煤柱宽度。可选地，通过以下公式得到局部性影响指数：其中，v表示局部性影响指数；j表示局部性因素的标识。可选地，所述将所述全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数包括：通过以下公式将所述全局性影响指数和局部性影响指数叠加得到理论评估冲击危险指数；ω＝(u+v)/2其中，ω表示理论评估冲击危险指数；u表示全局性影响指数；v表示局部性影响指数。可选地，所述将所述理论评估冲击危险指数和所述现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数包括：通过以下公式将所述理论评估冲击危险指数和所述现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数：ψ＝λ1ω+λ2c其中，ψ表示综合冲击危险影响指数；ω表示理论评估冲击危险指数；c表示现场ct探测冲击危险指数；λ1，λ2分别表示ω和c的权重系数。根据本发明的另一个方面，还提供了种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估系统，包括：因素划分模块，用于获取冲击地压的影响因素，并将所述影响因素划分为全局性因素和局部性因素；第一关系式建立模块，用于建立所述全局性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到全局性影响指数；第二关系式建立模块，用于建立局部性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到局部性影响指数；理论评估指数确定模块，用于将所述全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数；现场探测指数确定模块，用于对目标区域进行现场ct探测，获得现场ct探测冲击危险指数；综合评估指数确定模块，用于将所述理论评估冲击危险指数和所述现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数；静态危险评估模块，用于根据所述综合冲击危险影响指数确定所述目标区域的巷道静态危险区域分布及等级。根据本发明的又一个方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项所述的冲击地压全息预警方法。根据本发明的又一个方面，还提供了一种计算设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项所述的冲击地压全息预警方法。本发明提供一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法及系统、存储介质、计算设备，在本发明提供的方法中，通过将影响冲击地压发生的因素分为全局性因素和局部性因素，并分别建立各影响因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理并叠加后，分别得到全局性冲击影响指数和局部冲击影响指数，并且将全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数。除此之外，还会理论评估和现场ct探测结果进行叠加，确定目标区域的静态危险分布及等级。基于本发明提供的方法，采用了将理论分析和现场ct探测相结合的方式，弥补了传统方法存在的主观影响因素大、无法定量分析、准确性低等不足，对提高冲击地压治理效果，确保煤矿安全生产具有重要的作用。显著提高了开采前的冲击危险性评估的科学性和准确性，可以更有效的指导开采过程中各项冲击地压灾害的治理工作。本发明实施例提供的方案对提高冲击地压灾害治理水平，保障矿井安全生产和员工生命安全具有重要意义。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了本发明实施例的目标区域示意图；图2示出了本发明实施例的理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法流程示意图；图3示出了本发明实施例的采动对应力的影响关系示意图；图4示出了本发明实施例的静应力影响指数图；图5示出了本发明实施例的动应力影响指数图；图6示出了本发明实施例的通过理论分析方法图1所示目标区域划分的冲击危险区域分布及等级；图7a示出了本发明实施例的对目标区域的第一次和第二次ct探测的c值分布云图示意图；图7b示出了本发明实施例的对目标区域的第三次ct探测的c值分布云图示意图；图8示出了本发明实施例的基于ct探测的危险区域分布及等级示意图；图9示出了本发明实施例的根据ψ值确定的静态危险区域分布及等级示意图；图10示出了本发明实施例的理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估系统结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本发明实施例的目标区域示意图，如图1所示，411工作面是本发明实施例需要评价的区域，该区域为下山巷道、运输巷道、切眼和回风巷道包围区域，这些巷道都已经掘进完毕，该区域内存在f4、f5、f1、df45、s5、s4、s3和f1共7条大断层，与409采空区之间留有20m区段煤柱，513工作面为规划开采区域。本发明实施例提供了一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法，参见图2可知，本发明实施例提供的方法可以包括：步骤s202，获取冲击地压的影响因素，并将影响因素划分为全局性因素和局部性因素。全局性因素，是指对区域大范围冲击危险性具有影响的指标，其可以包括：开采煤层冲击地压发生的次数、开采深度、开采煤层厚度、煤的弹性能量指数、煤的单轴抗压强度、煤的冲击能量指数、顶板岩层厚度特征参数、构造应力水平、坚硬顶板位置、保护层的卸压效果、与邻近采空区的关系。局部性影响因素，是指对局部小范围冲击危险性具有影响的指标，其可以包括：采动应力影响指数、构造影响指数、交叉巷道及硐室影响指数、采空区边缘的影响指数、巷道底煤厚度、区段煤柱宽度。步骤s204，建立全局性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到全局性影响指数。全局性影响指数，可以作为整体冲击危险等级的判别指标。上文提及，全局性因素可以包括开采煤层冲击地压发生的次数、开采深度、开采煤层厚度等11个因素，因此，建立全局性因素与冲击危险的近似线性关系式时，可以建立各全局性因素与冲击危险的近似线性关系式，并对所建立的所有近似线性关系时进行归一化后叠加，以得到全局性影响指数，下面分别对各全局性因素进行分别说明。(1)开采煤层冲击地压发生的次数开采煤层的冲击地压发生越频繁，冲击危险性越高，两者成近似线性相关，其对冲击地压的影响指数u1由以下公式确定：(2)开采深度开采深度越大，煤岩静应力加大，冲击危险性越高，两者成近似线性相关，其对冲击地压的影响指数u2由以下公式确定：(3)开采厚度煤层厚度越大，开采影响的覆岩范围越广，应力集中程度越高，冲击危险性越高，两者成近似线性相关，其对冲击地压的影响指数u3由以下公式确定：(4)煤的弹性能量指数(wet)弹性能量指数wet是鉴别煤层冲击倾向性的指标之一，煤的弹性能量指数越大，煤体积聚弹性能的能力越强，冲击危险性也就越高，两者成近似线性相关，其对冲击地压的影响指数u4由以下公式确定：(5)煤的单轴抗压强度(rc)煤的硬度越高、完整性越好，承载能力越强，越容易发生冲击式的脆性破坏，两者成近似线性相关，该指标由实验室测得，其对冲击地压的影响指数u5由以下公式确定：(6)煤的冲击能量指数(ke)煤的冲击能量指数受煤体物理力学性质和节理裂隙影响，煤体裂隙越发育，破坏消耗的弹性能就越少，煤冲击能量指数越大，冲击危险性也越高，其对冲击地压的影响指数u6由以下公式确定：(7)顶板岩层厚度特征参数(lst)顶板岩层厚度特征参数lst反映煤层上方一定范围内的顶板岩性及厚度构成对冲击地压的影响，与岩性及厚度有关，与冲击危险性成近似线性相关，该指标可直接通过钻孔柱状图计算求得，其对冲击地压的影响指数u7由以下公式确定：(8)构造应力水平(γ)构造应力越高，发生冲击地压的概率和强度也越大，该指标可由现场实测获得，其对冲击地压的影响指数u8由以下公式确定：(9)坚硬顶板位置d厚层坚硬顶板距离开采煤层越近，对冲击地压的影响越大，该指标由现场钻孔资料分析获得，其影响指数u9可由以下公式确定：(10)保护层的卸压效果保护层开采可以有效降低被保护层的冲击危险程度，卸压效果越好，冲击危险性越低，其影响指数u10可由以下公式确定：(11)与邻近采空区的关系开采区域周边采空区域越多，应力集中程度越高，冲击危险性越大，其影响指数u11可由以下公式确定：对以上11个影响因素的影响指数进行叠加，得到全局性影响指数u：其中，u表示全局性影响指数；i表示全局性因素的标识，i取1～11任一数值时，可分别与上述11个全局影响因素对应。步骤s206，建立局部性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到局部性影响指数。上文介绍，局部性因素可以包括6个因素，因此，建立局部性因素与冲击危险的近似线性关系式时，可以建立各局部性因素与冲击危险的近似线性关系式，并对所建立的所有近似线性关系时进行归一化后叠加，以得到局部性因素影响指数，下面分别对各局部性因素进行分别说明。(1)采动应力影响指数(pm)采动应力分为采动静应力曲线和动应力曲线，这两个参量在工作面前方的分布规律如图3所示，采用线性化处理后分别如图4和图5所示。在本发明实施例中，静应力和动应力分别对冲击地压的影响可建立如下定量化评价公式：静应力影响指数：动应力影响指数：通过静应力影响指数和动应力影响指数叠加，即可得到采动应力对冲击地压的影响指数ν1：其中，pm为评价位置距工作面距离,单位m(米)。(2)构造影响指数(tm)在构造区域附近，由于存在残余构造应力，通常使该区域的应力水平较其他区域更高，也更容易产生应力集中，其影响指数ν2可由以下公式确定：(3)交叉巷道及硐室影响指数(rm)在巷道和硐室附近存在一定程度的硐群应力，当采掘工作面推进至该区域附近时，形成应力叠加，冲击地压的发生可能性越大，其影响指数ν3可由以下公式确定：rm为评价位置距交叉巷道及硐室距离，单位m(米)。(4)采空区边缘的影响指数采空区边缘一般存在固定支承压力的影响，其应力分布规律可以简化为类似附图4所示的单峰值结构，其影响指数ν4可由以下公式确定：pn为评价位置距侧向采空区的距离,m(米)。(5)巷道底煤厚度(hd)巷道底板一下底煤厚度越大，冲击地压显现的程度越严重，其影响指数ν5可由以下公式确定：hd为留设底煤的厚度，单位m(米)。(6)区段煤柱宽度(d)区段煤柱主要用于隔离侧面采空区预留的煤体，由于侧向支承压力类似于图4所示的单峰值结构，巷道布置在侧向支承压力越大的地方，冲击危险性也就越大，因此其影响指数ν6可由以下公式确定：h为煤层开采厚度，单位m(米)。最后，对以上6个影响因素的影响指数进行叠加，得到局部性影响指数，局部影响影响指数用于划分危险等级。其中，v表示局部性影响指数；j表示局部性因素的标识。其中，j取1～6任一数值时，可分别与上述6个局部性影响因素对应。步骤s208，将全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数。全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加公式可以如下：ω＝(u+v)/2其中，ω表示理论评估冲击危险指数；u表示全局性影响指数；v表示局部性影响指数。本实施例采用上述理论分析方法确定的冲击危险区域与等级如图6所示。在得到理论评估冲击危险指数ω之后，可以根据理论评估影响指数ω确定巷道冲击危险区域及其等级。步骤s210，对目标区域进行现场ct探测，获得现场ct探测冲击危险指数。现场ct探测是一种物探方法，通过探测能获得目标区域的波速大小及其分布，采用专用数据分析软件可计算冲击危险指数c，并且还可以根据冲击危险指数c可以获得目标区域的巷道冲击危险区域及其等级。进行现场ct探测，获得现场ct探测冲击危险指数c。图7a～b示出了本发明实施例的对目标区域的ct探测的c值分布云图示意图。其中，图7a示出了对目标区域的第一次和第二次ct探测的c值分布云图示意图；图7b示出了本发明实施例的对目标区域的第三次ct探测的c值分布云图示意图，这三次探测合在一起后涵盖了整个目标评价区域。进一步地，在获得现场ct探测冲击危险指数c之后，还可以根据冲击危险指数c的大小确定巷道冲击危险区域及其等级，如图8所示。步骤s212，将理论评估冲击危险指数和现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数。ψ＝λ1ω+λ2c其中，ψ表示综合冲击危险影响指数；ω表示理论评估冲击危险指数；c表示现场ct探测冲击危险指数。λ1，λ2分别为理论评估冲击危险指数ω和冲击危险指数c的权重系数，可根据经验确定，优选分别为0.5。步骤s214，根据综合冲击危险影响指数确定目标区域的巷道静态危险区域分布及等级。根据ψ大小，按表1确定目标区域的静态危险区域分布及等级，如图9所示。表1静态综合评估等级划分表类别冲击危险等级ψ值a无冲击危险ψ＜0.25b弱冲击危险0.25≤ψ＜0.5c中等冲击危险0.5≤ψ＜0.75d强冲击危险0.75≤ψ≤1基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估系统，如图10所示，该系统可以包括：因素划分模块1010，用于获取冲击地压的影响因素，并将影响因素划分为全局性因素和局部性因素；第一关系式建立模块1020，用于建立全局性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到全局性影响指数；第二关系式建立模块1030，用于建立局部性因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理后叠加，得到局部性影响指数；理论评估指数确定模块1040，用于将全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数；现场探测指数确定模块1050，用于对目标区域进行现场ct探测，获得现场ct探测冲击危险指数；综合评估指数确定模块1060，用于将理论评估冲击危险指数和现场ct探测冲击危险指数进行叠加，得到综合冲击危险影响指数；静态危险评估模块1070，用于根据综合冲击危险影响指数确定目标区域的巷道静态危险区域分布及等级。在本发明一可选实施例中，还提供了一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述任一实施例所述的冲击地压全息预警方法。在本发明一可选实施例中，还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，其特征在于，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行权上述任一实施例所述的冲击地压全息预警方法。本发明实施例提供一种理论分析和现场ct探测相结合的冲击危险静态评估方法及系统、存储介质、计算设备，在本发明实施例提供的方法中，通过将影响冲击地压发生的因素分为全局性因素和局部性因素，并分别建立各影响因素与冲击危险的近似线性关系式，并进行归一化处理并叠加后，分别得到全局性冲击影响指数和局部冲击影响指数，并且将全局性影响指数和局部性影响指数进行叠加，得到理论评估冲击危险指数。除此之外，还会理论评估和现场ct探测结果进行叠加，确定目标区域的静态危险分布及等级。基于本发明实施例提供的方法，采用了将理论分析和现场ct探测相结合的方式，弥补了传统方法存在的主观影响因素大、无法定量分析、准确性低等不足，对提高冲击地压治理效果，确保煤矿安全生产具有重要的作用。显著提高了开采前的冲击危险性评估的科学性和准确性，可以更有效的指导开采过程中各项冲击地压灾害的治理工作。本发明实施例提供的方案对提高冲击地压灾害治理水平，保障矿井安全生产和员工生命安全具有重要意义。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以物理上相互独立，也可以两个或两个以上功能单元集成在一起，还可以全部功能单元都集成在一个处理单元中。上述集成的功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件或者固件的形式实现。本领域普通技术人员可以理解：集成的功能单元如果以软件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，其包括若干指令，用以使得一台计算设备(例如个人计算机，服务器，或者网络设备等)在运行指令时执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被计算设备的处理器执行时，所述计算设备执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。当前第1页12