地面定向孔注浆治理推覆体下奥灰水害工程质量评价方法与流程

1.本发明涉及矿井底板水害治理工程质量评价领域，具体为地面定向孔注浆治理推覆体下奥灰水害工程质量评价方法。


背景技术：

2.鉴于底层煤组在回采过程中将面临下伏地层复杂的水文地质和薄隔水层条件，易发生以隐伏裂隙、断层和小型陷落柱作为充水通道进而造成的奥灰岩溶裂隙承压含水层突水。为了避免巷道掘进和煤层回采过程中发生底板突水，保证煤矿安全生产，选择合理的煤层底板水害防治技术和措施至关重要，而通过地面定向钻进进行煤层底板注浆防治水技术往往是解决此类事故最为有效的方法之一。注浆治理水害工程属于隐蔽工程，地面定向钻进分支钻孔的平面间距布置是否合理，注浆钻孔是否将浆液输送至预定位置，注浆效果是否良好等都将影响到注浆工程是否成功，因此有必要对注浆工程质量进行评价。
3.对于工程质量进行评价的方法较多，如层次分析法、灰色理论法和相关性分析法等，但是在实际评价过程中往往单一的使用其中的某一种方法，没有系统、综合的考虑一些指标存在模糊性，因此本次通过发明提出一种较为全面的对地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价的方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术中地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价方法存在对工程质量不足的问题，本发明提供地面定向孔注浆治理推覆体下奥灰水害工程质量评价方法，该方法将层次分析法和灰色综合评价法相结合在考虑评价指标模糊性的基础上，有效的且系统化的对地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量进行了全面评价。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.地面定向孔注浆治理推覆体下奥灰水害工程质量评价方法，包括如下步骤：
7.步骤1，构建地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价指标体系；
8.步骤2，利用层次分析法和1～9标度法构建比较矩阵进行评价指标权重的初步计算；
9.步骤3，利用灰色综合评价法构建参考矩阵并计算指标矩阵和参考矩阵的间距；
10.步骤4，将工程质量按照评价等级进行划分；
11.步骤5，根据评价等级得到相应的白化权函数，通过白化权函数计算得到总灰色评价系数，并最终得到基于灰色关联度法修正后的权向量；
12.步骤6，利用权向量和灰色评价权矩阵得到综合评价权向量，最后将施工质量评价的综合评价值带入到白化权函数中，得到综合评价值在各个灰类中的值；
13.步骤7，根据施工质量评价的综合评价值在灰类中的值即可判断综合评价值属于
哪个灰类，并最终确定施工质量评价的等级。
14.优选的，步骤1中，地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价指标体系通过施工过程中工程控制参数进行构建。
15.优选的，步骤1中，地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价指标体系包括钻孔平面间距b1、目标层钻遇率b2和注浆验证b3。
16.优选的，步骤2中，层次分析法和1～9标度法构建比较矩阵进行评价指标权重的初步计算方法如下：
17.首先计算每一行元素的乘积m
i
，然后计算m
i
的n次方根然后对向量做归一化处理即可得到所求的特征向量u
j
；
[0018][0019][0020]
其中，m
i
为每一行元素的乘积；b
ij
为比较矩阵第i行第j列的元素值；为m
i
的n次方根；u
j
为特征向量；
[0021]
对判断矩阵进行一致性检验，保证最后评价的一致性，一致性检验计算公式为：
[0022]
ci＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)
ꢀꢀ
公式3
[0023]
随机一致性比率ri为：
[0024]
ri＝ci/cr
ꢀꢀ
公式4
[0025]
其中，ci为一致性指标，n为比较矩阵的阶数，λ
max
为最大特征值，cr为判断矩阵平均随机一致性比率；
[0026]
当cr＜0.1时，判断矩阵b满足一致性检验，否则需对其进行调整。
[0027]
优选的，步骤3中，利用灰色综合评价法构建参考矩阵并计算指标矩阵和参考矩阵间距的具体方法为：
[0028]
评价指标权重构成矩阵a，找出矩阵a中最大的一个权重，并将其作为参考权重，结合计算得到指标权重形成一个矩阵b；
[0029]
计算指标权重矩阵和参考矩阵的间距：
[0030][0031]
基于灰色关联度法的指标权重计算：
[0032][0033]
将权重进行归一化处理，即得到利用灰色关联度法修改后的权重：
[0034][0035]
其中，d
0i
为指标权重矩阵和参考矩阵的间距，x
0k
为第k列参考矩阵元素值，x
ik
为第k列指标权重矩阵元素值，w
i
为灰色关联度法计算得到的权重，w
i*
为灰色关联度法修改后的权重。
[0036]
优选的，步骤4中，工程质量按照评价等级划分为三个等级，分别为不合格、合格和优良；并将三个等级进行赋值[1，2，3]，在介于等级之间的用[0，1.5，2.5]来表示。
[0037]
优选的，步骤5中，白化权函数、总灰色评价系数和基于灰色关联度法修正后的权向量的获取方法如下：
[0038]
根据评价等级得到相应的灰类白化权函数：
[0039]
首先对类边界进行定性划分；其次，构造白化权函数的基本类型，最后，通过设定函数的转折点得到白化权函数；
[0040]
总灰色评价系数和灰色关联度法修正后的权向量：
[0041]
得到打分矩阵d
ij
，属于第e个评价灰类(e＝1，2，
…
，k)的白化权分别为f
e
(d
ij1
)，f
e
(d
ij2
)，
…
，f
e
(d
ijp
)，对于打分矩阵各个指标p
ij
属于第e个评价灰类的灰色评价系数x
ije
为：
[0042][0043]
打分矩阵d
ij
归类各评价灰类的总灰色评价系数x
ij
为：
[0044][0045]
x
ije
和x
ij
的比值r
ije
即为打分矩阵d
ij
属于灰类e的灰色评价权：
[0046][0047]
计算得到灰色评价权向量为g：
[0048][0049]
最终得到基于灰色综合评价法修正后的权向量：
[0050]
w
*
＝[g
1 g
2 l g
j
]
ꢀꢀ
公式12
[0051]
其中，x
ije
为打分矩阵各个指标p
ij
属于第e个评价灰类的灰色评价系数x
ije
，x
ij
为
打分矩阵d
ij
归类各评价灰类的总灰色评价系数，f
e
(d
ije
)为第e个评价灰类(e＝1，2，
…
，k)的白化权，r
ije
为打分矩阵d
ij
属于灰类e的灰色评价权，g
i
为灰色评价权向量，w
*
为灰色综合评价法修正后的权向量，g
j
为第j个指标的灰色综合评价法修正后权向量的元素值。
[0052]
优选的，步骤6中，施工质量评价的综合评价值的实现方法如下：
[0053]
根据工程质量等级得到质量等级矩阵z：
[0054]
z＝[d
1 d
2 l d
m
](m＝1，2，
…
n)
ꢀꢀ
公式13
[0055]
利用权向量和灰色评价权矩阵得到综合评价权向量为：
[0056]
q＝w
*
*g
ꢀꢀ
公式14
[0057]
最后得到施工质量评价的综合评价值a：
[0058]
a＝q*z
t
公式15
[0059]
其中，z为质量等级矩阵；q为综合评价权向量；w
*
为灰色综合评价法修正后的权向量；g为灰色评价权矩阵；a为综合评价值。
[0060]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0061]
本发明提供了地面定向孔注浆治理推覆体下奥灰水害工程质量评价方法，通过该方法更加系统化，综合性的对地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量进行了全面评价。根据钻孔平面间距、目标层钻遇率和注浆验证构成的一级指标层，分支孔间距、随钻轨迹监测点、治理区水平投影与设计轨迹偏差、分支孔终孔点与设计点坐标偏差、岩屑录井鉴定分析、随钻伽马、实际钻遇层与目标层比值、终孔压力、相邻分支钻井液消耗量情况、注浆后压水试验、地下水动态分析和注浆量对比验证构成的二级指标层，确定了地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量的定量评价值。根据定量评价值确定所属灰类，最终对施工质量进行评价，从施工全周期进行注浆效果的定量评价，能够提供更加准确、全面的评价信息和直观的对比，为地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程的钻孔布设设计、注浆方式、注浆结束标准和最终的注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价提供了技术手段和工具。
附图说明
[0062]
图1为本发明中地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价方法流程图；
[0063]
图2为本发明中地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价方法各指标的层次分析模型。
具体实施方式
[0064]
为了使本发明的指标体系构建、层次分析法和灰色综合评价法耦合、总灰色评价系数、灰色关联度法修正权重、综合评价权向量的获取及最终施工质量评价等级所属灰类的具体实现，进一步详细对其说明，以下结合实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0065]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0066]
参见图1，本发明一个实施例中，提供了一种地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价方法，该方法将层次分析法和灰色综合评价法相结合在考虑评价指
标模糊性的基础上，有效的且系统化的对地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量进行了全面评价。
[0067]
具体的，该评价方法包括如下步骤：
[0068]
步骤1，构建地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价指标体系；
[0069]
具体的，地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价指标体系通过施工过程中工程控制参数进行构建。
[0070]
根据图2所示，地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价层次分析模型的构建包括钻孔平面间距b1、目标层钻遇率b2和注浆验证b3，共3个一级指标层；分支孔间距c1、随钻轨迹监测点c2、治理区水平投影与设计轨迹偏差c3、分支孔终孔点与设计点坐标偏差c4、岩屑录井鉴定分析c5、随钻伽马c6、实际钻遇层与目标层比值c7、终孔压力c8、相邻分支钻井液消耗量情况c9、注浆后压水试验c
10
、地下水动态分析c
11
、注浆量对比验证c
12
，共12个二级指标层。
[0071]
步骤2，利用层次分析法和1～9标度法构建比较矩阵进行评价指标权重的初步计算；
[0072]
通过已完成的地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程，经分析总结确定了影响治理工程质量的评价指标，构建了具有目标层、一级指标层、二级指标层和状态层的层次递阶模型，利用1～9标度法对各指标进行两两比较形成了各指标间的比较矩阵。利用构建的比较矩阵计算得到矩阵的最大特征根和该特征根对应的特征向量，特征向量即为通过层次分析法得到的各指标权重值。
[0073]
更加工程质量评价打分为例，计算如表1所示：
[0074][0075]
表1专家一的工程质量评价比较矩阵
[0076]
专家一的工程质量评价比较矩阵(目标层和一级指标层)，利用公式1：公式2：公式3：ci＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)和公式4：ri＝ci/cr；得到最大特征根λ
max
＝3.0092，ci＝0.0046，ri＝0.56，cr＝0.0082＜0.1，符合一致性检验，专家一相关影响工程质量的一级指标层权重为u1＝(0.1634,0.2970,0.5396)。
[0077][0078][0079]
表2专家一的一级指标层b1的二级指标比较矩阵
[0080]
根据表2利用公式1：公式2：公式3：ci＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)和公式4：ri＝ci/cr；得到最大特征根λ
max
＝4.0788，ci＝0.0263，ri＝0.89，cr＝0.0296＜0.1，符合一致性检验，专家一钻孔平面距离b1的二级指标层权重为u
11
＝(0.0626，0.1464，0.4721，0.3189)。
[0081][0082]
表3专家一的一级指标层b2的二级指标比较矩阵
[0083]
根据表3利用公式1：公式2：公式3：ci＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)和公式4：ri＝ci/cr；得到最大特征根λ
max
＝3.0092，ci＝0.0046，ri＝0.56，cr＝0.0082＜0.1，符合一致性检验，专家一目标层钻遇率b2的二级指标
层权重为u
12
＝(0.1634，0.2970，0.5396)。
[0084][0085][0086]
表4专家一的一级指标层b3的二级指标比较矩阵
[0087]
根据表4利用公式1：公式2：公式3：ci＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)和公式4：ri＝ci/cr；得到最大特征根λ
max
＝5.4030，ci＝0.1008，ri＝1.13，cr＝0.0892＜0.1，符合一致性检验，专家一注浆验证的二级指标层权重为u
13
＝(0.1208，0.0609，0.5392，0.2050，0.0741)。
[0088]
重复以上步骤得到专家二相关影响工程质量的一级指标层权重为u2＝(0.1172，0.2684，0.6144)，专家二钻孔平面距离b1的二级指标层权重为u
21
＝(0.0844，0.1571，0.4575，0.3010)，专家二目标层钻遇率b2的二级指标层权重为u
22
＝(0.1284，0.2766，0.5950)，专家二注浆验证的二级指标层权重为u
23
＝(0.1616，0.0745，0.4566，0.2133，0.0940)；专家三相关影响工程质量的一级指标层权重为u3＝(0.1397，0.3325，0.5278)，专家三钻孔平面距离b1的二级指标层权重为u
31
＝(0.0667，0.1491，0.4594，0.3248)，专家三目标层钻遇率b2的二级指标层权重为u
32
＝(0.1396，0.3325，0.5278)，专家三注浆验证的二级指标层权重为u
33
＝(0.1499，0.0732，0.4751，0.2095，0.0923)；专家四相关影响工程质量的一级指标层权重为u4＝(0.1571，0.2493，0.5936)，专家四钻孔平面距离b1的二级指标层权重为u
41
＝(0.0715，0.1512，0.4658，0.3115)，专家四目标层钻遇率b2的二级指标层权重为u
42
＝(0.0821，0.3681，0.5498)，专家四注浆验证的二级指标层权重为u
43
＝(0.1384，
0.0567，0.5581，0.1720，0.0748)；专家五相关影响工程质量的一级指标层权重为u5＝(0.1168，0.1998，0.6834)，专家五钻孔平面距离b1的二级指标层权重为u
51
＝(0.0689，0.1262，0.4823，0.3226)，专家五目标层钻遇率b2的二级指标层权重为u
52
＝(0.1220，0.2297，0.6483)，专家五注浆验证的二级指标层权重为u
53
＝(0.1449，0.0677，0.5072，0.1999，0.0803)。
[0089]
根据上述结果专家1～专家5得到了一级指标和二级指标的权重，如表5和表6所示。
[0090]
一级指标层专家1专家2专家3专家4专家5钻孔平面间距b10.16340.11720.13970.15710.1168目标层钻遇率b20.29700.26840.33250.24930.1998注浆验证b30.53960.61440.52780.59360.6834
[0091]
表5专家1～专家5的一级指标的权重
[0092][0093]
表6专家1～专家5的二级指标的权重
[0094]
步骤3，利用灰色综合评价法构建参考矩阵并计算指标矩阵和参考矩阵的间距；
[0095]
通过层次分析法和1～9标度法计算得到了专家组对影响施工质量的一级指标层各指标判别矩阵x为：
[0096][0097]
最大权重参考值为0.6834，因此得到了参考矩阵x0为：
[0098]
x0＝[0.6834 0.6834 0.6834 0.6834 0.6834]
[0099]
利用公式5：
[0100]
计算得到比较矩阵和参考矩阵的距离值如下：
[0101][0102][0103][0104]
利用公式6：
[0105]
计算得到一级指标层各个指标的权重为：
[0106][0107][0108][0109]
对其进行归一化处理得到权重为：
[0110]
w
*
＝[0.2137 0.2844 0.5019]
[0111]
重复该步骤分别得到钻孔平面间距b1、目标层钻遇率b2和注浆验证b3的基于灰色关联度的修改权重。
[0112]
w
**
＝[0.1772 0.2089 0.3267 0.2872]
[0113]
w
***
＝[0.2112 0.3088 0.4800]
[0114]
w
****
＝[0.1762 0.1485 0.3215 0.1997 0.1541]
[0115]
综上可知，得到了基于灰色关联度法修改的地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价各个指标权重如表7所示：
[0116][0117][0118]
表7基于灰色关联度法修改的地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价各个指标权重
[0119]
步骤4，将工程质量按照评价等级进行划分；
[0120]
具体的，工程质量按照评价等级划分为三个等级，分别为不合格、合格和优良；并
将三个等级进行赋值[1，2，3]，在介于等级之间的用[0，1.5，2.5]来表示，最终得到矩阵p，如表8所示。
[0121]
[0122][0123]
表8各个指标评价等级
[0124]
得到矩阵p表示如下：
[0125][0126]
步骤5，根据评价等级得到相应的白化权函数，通过白化权函数计算得到总灰色评
价系数，并最终得到基于灰色关联度法修正后的权向量；
[0127]
具体的，二级指标层各个指标灰色评价系数计算：
[0128]
以c1为例，其打分矩阵p
c1
＝[2 3 1.5 1.5 3]，计算得到在第1灰度、第2灰度和第3灰度相应的函数值为：
[0129]
w＝1时，x
111
＝f1(2)+f1(3)+f1(1.5)+f1(1.5)+f1(3)＝0+0+0.5+0.5+0＝1
[0130]
w＝2时，x
112
＝f2(2)+f2(3)+f2(1.5)+f2(1.5)+f2(3)＝1+0.5+0.75+0.75+0.5＝3.5
[0131]
w＝3时，x
113
＝f3(2)+f3(3)+f3(1.5)+f3(1.5)+f3(3)＝2/3+1+1/2+1/2+1＝3.67
[0132]
总灰色评价系数为：
[0133]
x
11
＝x
111
+x
112
+x
113
＝8.17
[0134]
w＝1时，
[0135]
w＝2时，
[0136]
w＝3时，
[0137]
利用公式11：
[0138]
计算得到二级指标层c1的灰色评价权向量为：
[0139]
c1＝r
11
＝(r
111
,r
112
,r
113
)＝(0.1224，0.4284，0.4492)
[0140]
同理计算得到其它二级指标的灰色评价权向量，进而得到b1、b2和b3的灰色评价权矩阵。
[0141]
步骤6，利用权向量和灰色评价权矩阵得到综合评价权向量，最后将施工质量评价的综合评价值带入到白化权函数中，得到综合评价值在各个灰类中的值；
[0142]
具体的，结合公式14：q＝w
*
*g
[0143]
计算计算得到b1、b2和b3的综合评价权向量为：
[0144]
[0145][0146][0147]
利用公式14：q＝w
*
*g；综合评价权向量为：
[0148]
d＝w
*
*g＝[0.0293，0.4346，0.5361]；
[0149]
利用公式15计算得到施工质量评价目标层a的综合权向量为：
[0150]
a＝d*z
t
＝2.5068；
[0151]
将a带入白化权函数，得到综合评价值属于灰类的值为：
[0152]
w＝1时，f1(a)＝0；
[0153]
w＝2时，f2(a)＝0.7466；
[0154]
w＝3时，f3(a)＝0.8356；
[0155]
步骤7，根据施工质量评价的综合评价值在灰类中的值即可判断综合评价值属于哪个灰类，并最终确定施工质量评价的等级。
[0156]
具体的，计算得到新集二矿地面定向钻进注浆治理巨厚推覆体下奥灰水害工程质量评价的各类白化权函数可知，综合评价目标层位于w＝3时函数值最大，即本次注浆治理工程质量评价为优良。
[0157]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。