一种基于风险评估的采空区灾害识别系统以及治理方法

本发明涉及矿山灾害预防，具体涉及一种基于风险评估的采空区灾害识别系统以及治理方法。

背景技术：

1、矿业在国家经济发展中占据了很高的地位，是一个国家的宝贵财富，是经济社会发展的物质基础，地下矿产被采出以后，采区周围岩体内部原有的力学平衡状态受到了破坏，使岩层发生了移动、变形和破坏，当开采面积达到一定范围之后，移动和破坏将波及到地表，沉陷区域对矿区及矿区周边的农业、工业、生态环境及民众生活均会造成巨大的影响与破坏。

2、在进行地下矿石开采时会在采空区预留一些大小不一、形状不规则的矿柱来对上覆岩层进行支护，也正是因为这些矿柱的形状不规则、分布不均匀，导致了采空区的失稳概率难以预估；

3、因采空区的规模巨大、数量众多，管理起来非常困难，由于历史原因，一些采空区从未得到有效的治理，留下的安全隐患较为严重，目前对隐患采空区的管治工作迫在眉睫，传统的采空区处理方法通常有封闭、崩落、加固和填充四大类，如何选择这些治理方法还需要根据采空区的具体特点做不同的选择，目前涉及对采空区的治理无法依据其实际的风险隐患进行分析确定风险程度及治理，从而导致采空区的管治效率低下。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于风险评估的采空区灾害识别系统以及治理方法，能够有效解决现有技术采空区的治理无法依据其实际的风险隐患分析确定风险程度及治理，导致采空区的管治效率低下的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，至少包括：

4、采集模块，用于获取指定区域下的地下矿山采空区的历史数据，基于历史数据将地下矿山采空区的灾害类型进行分类设置，分别为：连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落；

5、风险等级判定模块，用于采集历史数据中的连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落在地下矿山采空区内出现的次数及危害程度，划定地下矿山采空区的灾害风险等级；

6、治理方式确定模块，用于依据地下矿山采空区的灾害风险等级确定灾害治理方式。

7、进一步地，所述连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落形成前，预先评估地下矿山采空区内岩层支护结构的稳定性状况，其中地下矿山采空区包括矿柱，所述矿柱用于对地下矿山采空区进行支护处理，其中：

8、矿柱的稳定性状况的计算公式如下：

9、；

10、式中：为矿柱平均应力，y和z分别为岩石容重和埋藏深度；

11、；

12、式中：为矿柱强度，为常数，当矿柱的宽高比大于5时，=1.4；挡矿柱的高宽比小于5时，=1.0；和分别为矿柱宽度、矿柱高度及矿柱岩体抗压强度；

13、；

14、式中：为矿柱安全系数。

15、进一步地，所述矿柱的稳定性状况确定时，以矿柱生成与之匹配的稳定性状况判定区间，其判定算法如下：

16、；

17、进一步地，所述岩层支护结构还包括顶板，所述顶板用于对地下矿山采空区进行支护处理，其中：

18、顶板的稳定性状况的计算公式如下：

19、；

20、式中：为岩体综合质量指标，为岩石质量指标，为节理组数，为节理粗糙度系数，为节理蚀变影响系数，为应力折减系数；

21、；

22、式中：为当量尺寸，为开挖体的跨度、直径或高度，为开挖体的支护比。

23、进一步地，所述顶板的稳定性状况确定时，以顶板生成与之匹配的稳定性状况判定区间，其判定算法如下：

24、；

25、进一步地，依据所述连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落在地下矿山采空区内出现的次数及危害程度，划定地下矿山采空区的灾害风险等级，其中，地下矿山采空区的灾害风险等级包括：

26、低风险、中等风险、高风险及极高风险，根据灾害风险等级内形成不同的治理方式，具体为：

27、地下矿山采空区的灾害风险等级为低风险时，治理方式为：抗动防劣加固法；

28、地下矿山采空区的灾害风险等级为中风险、高风险及极高风险，治理方式为：填充法和崩落法。

29、根据上述，还提供了一种基于风险评估的采空区灾害识别系统的治理方法，包括如下步骤：

30、s1、确定地下矿山采空区的灾害类型，分别为：连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落；

31、s2、基于连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落在地下矿山采空区内出现的次数及危害程度，划定地下矿山采空区的灾害风险等级；

32、s3、依据地下矿山采空区的灾害风险等级确定灾害治理方式，其中：

33、灾害风险等级为低风险时，治理方式为：抗动防劣加固法；

34、灾害风险等级为中风险、高风险及极高风险，治理方式为：填充法和崩落法。

35、本发明提供的技术方案，与已知的现有技术相比，具有如下有益效果：

36、通过确定地下矿山采空区的灾害风险等级，依据灾害风险等级对地下矿山采空区实施不同的管控治理措施，通过抗动防劣加固法、填充法及巷道隔离形式给地下矿山采空区形成精确的管控治理措施，以提升地下矿山采空区的安全系数。

技术特征：

1.一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，至少包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，所述连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落形成前，预先评估地下矿山采空区内岩层支护结构的稳定性状况，其中地下矿山采空区包括矿柱，所述矿柱用于对地下矿山采空区进行支护处理，其中：

3.根据权利要求2所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，所述矿柱的稳定性状况确定时，以矿柱生成与之匹配的稳定性状况判定区间，其判定算法如下：

4.根据权利要求2所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，所述岩层支护结构还包括顶板，所述顶板用于对地下矿山采空区进行支护处理，其中：

5.根据权利要求4所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，所述顶板的稳定性状况确定时，以顶板与之匹配的稳定性状况判定区间，其判定算法如下：

6.根据权利要求1所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统，其特征在于，依据所述连锁坍塌、大面积顶板坍塌和局部顶板冒落在地下矿山采空区内出现的次数及危害程度，划定地下矿山采空区的灾害风险等级，其中，地下矿山采空区的灾害风险等级包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于风险评估的采空区灾害识别系统的治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及矿山灾害预防技术领域，具体涉及一种基于风险评估的采空区灾害识别系统以及治理方法。至少包括采集模块，用于获取历史数据，将地下矿山采空区的灾害类型进行分类设置；风险等级判定模块，用于划定地下矿山采空区的灾害风险等级；治理方式确定模块，用于依据地下矿山采空区的灾害风险等级确定灾害治理方式。通过确定地下矿山采空区的灾害风险等级，设计不同风险管控处置方式，有效治理采空区隐患，防范因采空区坍塌造成的矿山安全事故。

技术研发人员：陈璐,郑克通,罗容,周子龙,曾铃,黄英华,潘世强,蔡鑫,郭威
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16