CN108376197A - 一种基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法 - Google Patents

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谢志钢
刘启蒙
张妹
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    • G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Mining

Abstract

本发明公开了一种基于正交实验的断层活化因素关联度分析方法，属于矿山安全生产技术领域，包括：根据理论力学分析，建立断层活化力学模型；依据实际工程地质背景，建立三维数值模型；基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案；利用灰色关联度分析法，对模拟结果进行分析；根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。本发明基于正交试验的理论思想，利用灰色关联度分析方法研究了各主控因素与断层活化的关联度，有效的解决了多因子全面实施试验次数过多的问题，极大减轻了研究工作量，为断层活化主控因素关联度的研究提供一种新的思路和想法。

Description

一种基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法
技术领域
本发明涉及矿山安全生产技术领域，特别涉及一种基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法。
背景技术
许多学者对断层活化的影响因素进行了深入的分析，并获得了显著的研究成果，为有效预防断层突水提供了有力的理论支撑，但此类研究大多针对单一因素进行分析，且未考虑各影响因素与断层活化的关联度问题。因此，本发明基于正交试验灰色关联度分析法，对断层活化的主控因素关联度进行分析，从而更进一步研究断层活化的影响因素，为断层活化主控因素关联度的研究提供一种新的思路和想法。
发明内容
1.本发明的目的
在煤炭勘探技术领域中为研究断层活化因素关联度提供一种新的思路和方法。
2.本发明的技术方案
为实现上述目的，本发明一种基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法，该方法包括：步骤A，根据理论力学分析，建立断层活化力学模型；步骤B，依据实际工程地质背景，建立三维数值模型；步骤C，基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案；步骤D，利用灰色关联度分析法，对模拟结果进行分析；步骤E，根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。
本发明基于正交试验的理论思想，利用灰色关联度分析方法研究了各主控因素与断层活化的关联度，有效的解决了多因子全面实施试验次数过多的问题，极大减轻了研究工作量，为断层活化主控因素关联度的研究提供一种新的思路和想法。
附图说明
此处用来说明的附图是为了对本发明的进一步解释和说明，为本申请的一部分，但并不能限定本发明。
图1为本发明基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法流程图。
图2为某矿某断层活化力学模型图。
图3为某矿某断层三维数值模型图。
图4为正交试验分析各因素对断层活化的影响结果图。
具体实施方案
下面结合附图及本发明所应用的实例，对本发明进行进一步说明。
图1为本发明基于正交试验的断层活化因素关联度分析方法流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤A，根据理论力学分析，建立断层活化力学模型；
步骤B，依据实际工程地质背景，建立三维数值模型；
步骤C，基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案；
步骤D，利用灰色关联度分析法，对模拟结果进行分析；
步骤E，根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。
以下结合具体实例，对上述每一步骤进行解释说明。
步骤A，根据理论力学分析，建立断层活化力学模型。
断层的活化不仅与断层本身的性质有关，而且还与采掘效应下的采场支撑压力分布密切相关。因此，在考虑采场支撑压力分布规律的前提下，设断层倾角为α，落差为h，断层破碎带宽度为w，煤层采深为H，建立合理的断层活化力学模型(如图2所示)，以此研究断层活化的主控因素。
步骤B，依据实际工程地质背景，建立三维数值模型。
根据某矿区地质资料，结合断层附近工程地质条件特征，设置模型走向(x)长500m，倾向(y)长200m，纵向(z)高100m，限于篇幅，本发明仅以采掘工作面位于断层上盘，逆着断层倾向推进为例。模型整体分为煤层顶板、煤层、断层破碎带、底板隔水层、底板含水层5个模块。
由于工作面实际情况较复杂，为便于模拟，在不影响模拟结果准确性的基础上，将物理力学性质相差较小的岩层组合理概化为单一性质的层组，根据岩石力学实验获取的煤岩层物理力学参数见表1。
表1岩体物理力学参数
模型垂直方向上，以施加均布载荷的方式代替模型顶部至地表的岩体自重，水平方向上，同样以均布载荷的方式施加额外的水平构造应力，以符合煤岩体所处的实际地应力环境。底部边界采用全约束边界条件，即X、Y、和Z方向位移均为0；左右边界、前后边界采用约束边界条件，即X方向、Y方向水平位移为0，Z方向为自由边界；模型上边界为自由边界，不赋予约束条件，所建数值模型如图2所示。为消除边界效应，模拟工作面切眼处距模型左边界50m，向断层方向推进，步距为20m，至断层处停止推进(三维数值模型如图3所示)。
步骤C，基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案。
为合理研究断层倾角、落差、断层破碎带宽度、煤层采深与断层活化的关联度，结合我国矿区实际揭露断层的地质条件，选取各主控因素的水平值如表2所示。
表2主控因素及其水平值
本次模拟确定为4因素3水平，且不考虑各因素水平间的相互作用，因此选用正交表L9(34)进行方案设计(表3)。共设计9次模拟方案，A、B、C、D列分别与表2主控因素一一对应，每列下方数值表示该因素选取的水平值。
表3模拟方案正交表L9(34)
步骤D，利用灰色关联度分析法，对模拟结果进行分析。
根据表3所确定的模拟方案，分别对断层倾角、断层落差、破碎带宽度、煤层采深进行单独分析，选取各因素相同水平值下断层活化位移量平均值作为判断指标，绘制各因素与断层活化程度的关系曲线图(如图4所示)。
根据图4曲线特征，表明对于正断层上盘煤层逆倾向开采而言，各因素对断层活化的影响均呈单调递增或单调递减的关系。图4a关系曲线可以看出，随着断层倾角的增大，断层活化位移量反而逐渐减小，反映出断层活化程度的降低，表明小倾角断层较大倾角断层更容易受采掘效应影响出现活化。图4b、图4c曲线表明随着断层落差、破碎带宽度的增加，断层活化位移量逐渐递增，活化程度显著提高。图4d曲线说明当采掘工作面越往深部移动，由于深部高地应力的影响，采掘效应导致断层活化的可能性也就越高
步骤E，根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。
通过收集正交试验所设计的模拟方案结果，将系统特征行为序列X0定义为断层活化位移量，相关因素序列X1、X2、X3、X4分别定义为断层倾角、断层落差、破碎带宽度、煤层采深，其数据如表4所示。
表4断层活化主控因素及断层活化位移量
利用灰色关联度分析理论，对以上各因素对断层活化影响程度进行分析，结果见表5。
表5灰色关联度数据
上述结果可知各主控因素与断层活化的关联度排序为：断层倾角＞煤层采深＞破碎带宽度＞断层落差。
本发明基于正交试验的理论思想，利用灰色关联度分析方法研究了各主控因素与断层活化的关联度，有效的解决了多因子全面实施试验次数过多的问题，极大减轻了研究工作量，为断层活化主控因素关联度的研究提供一种新的思路和想法。
以上所述具体实例，对本发明的目的，过程和有益效果进行详细说明，并不用于限定本发明的限定范围，凡在本发明的精神原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于正交实验的断层活化因素关联度分析方法，其特征在于，该方法包括：
步骤A，根据理论力学分析，建立断层活化力学模型；
步骤B，依据实际工程地质背景，建立三维数值模型；
步骤C，基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案；
步骤D，利用灰色关联度分析法，对模拟结果进行分析；
步骤E，根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。
2.如权利要求1所述的基于正交实验的断层活化因素关联度分析方法，其特征在于，步骤C中，基于因子设计的分式原理，采用合理的正交表设计模拟方案。为合理研究断层倾角、落差、断层破碎带宽度、煤层采深与断层活化的关联度，结合我国矿区实际揭露断层的地质条件，选取各主控因素的水平值分别为：断层倾角35°、55°、75°；断层落差10m、20m、30m；断层破碎带宽度10m、20m、30m；煤层采深300m、500m、700m。
3.如权利要求1所述的基于正交实验的断层活化因素关联度分析方法，其特征在于，步骤E中，根据分析结果，得出各主控因素与断层活化的关联度。利用灰色关联度分析理论，对步骤C中各因素对断层活化影响程度进行分析，结果显示各主控因素与断层活化的关联度排序为：断层倾角＞煤层采深＞破碎带宽度＞断层落差。
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CN110070282A (zh) * 2019-04-17 2019-07-30 国网安徽省电力公司 一种基于综合关联度的低压台区线损影响因素分析方法
CN110807269A (zh) * 2019-11-12 2020-02-18 中南大学 一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法
CN112685922A (zh) * 2021-03-17 2021-04-20 中国人民解放军国防科技大学 一种两层级联的实验方案设计方法与系统

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