CN112633672A - 一种采空区大面积悬顶危险性评估系统及方法 - Google Patents

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CN112633672A CN202011513735.6A CN202011513735A CN112633672A CN 112633672 A CN112633672 A CN 112633672A CN 202011513735 A CN202011513735 A CN 202011513735A CN 112633672 A CN112633672 A CN 112633672A
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Abstract

本发明提供的一种采空区大面积悬顶危险性评估系统及方法，包括以下步骤：步骤1，采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括采空区的顶板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数、采空区面积和充分塌陷区面积；步骤2，根据步骤1得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；步骤3，根据步骤2中的判别指标确定待评估的煤矿采空区的危险等级；步骤4，根据步骤3得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治；解决了目前没有针对采空区大面积悬顶灾害作出科学的评估，进而引发的采空区顶板大面积冒落，造成矿震现象频繁发生的问题。

Description

一种采空区大面积悬顶危险性评估系统及方法
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，具体涉及一种采空区大面积悬顶危险性评估系统及方法。涉及一种煤矿房柱式和条带式采空区大面积悬顶危险性评估方法，主要用于指导采空区大面积悬顶灾害评估，为进一步分类监测与防治提供理论依据。
背景技术
部分地方中小煤矿基本采用房柱式开采方法进行开采，选择该方法的主要原因是投资成本较低，采准切割工程量小、回采工艺简单。
自21世纪以来，部分地方中小煤矿调整开采方法，逐步推广“长壁留条带煤柱”、“长壁条带充填”、“旺采”和“综采”等，但房柱式采煤方法所占比重仍然较大，并形成范围广泛的柱采区域。由于留设煤柱尺寸较窄，在长期覆岩载荷作用下，煤柱强度逐渐弱化，易失稳破坏，引发采空区顶板大面积冒落，造成矿震现象频繁发生，对当地的生态环境、煤矿安全生产造成了极大的危害，但目前尚无采空区大面积悬顶灾害的科学评估方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采空区大面积悬顶危险性评估系统及方法，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，包括以下步骤：
步骤1，采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括采空区的顶板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数、采空区面积和充分塌陷区面积；
步骤2，根据步骤1得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；
步骤3，根据步骤2中的判别指标确定待评估的煤矿采空区的危险等级；
步骤4，根据步骤3得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治。
优选地，步骤2中，根据步骤1得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，具体方法是：
当回采方式为房柱式开采方式时，待评估的煤矿采空区的判别指标包括煤柱安全系数和直接顶安全系数；
当回采方式为条带式开采时，待评估的煤矿采空区的判别指标包括核区率、煤柱安全系数和保留条带宽高比。
优选地，步骤2中，将该判别指标进行量化取值，具体方法是：
当回采方式为房柱式开采方式时，通过下式计算煤柱安全系数：
Figure BDA0002846529680000021
式中，Ffm为安全系数；σfP为煤柱强度；pfP为煤柱承受载荷；
通过下式计算直接顶安全系数：
Figure BDA0002846529680000022
式中，Ffd为直接顶安全系数；σfd为直接顶抗拉强度；pfd为直接顶承受最大拉应力。
优选地，步骤2中，将该判别指标进行量化取值，具体方法是：
当回采方式为条带式开采时，通过下式计算核区率：
Figure BDA0002846529680000023
式中，ρ为核区率；a为煤柱宽度；Y为煤柱屈服宽度；
通过下式计算煤柱安全系数：
k＝F极长/F实
式中，k为煤柱安全系数；F极长为长煤柱极限承载能力；F实为煤柱分担荷载；
通过下式计算保留条带宽高比：
A＝i/j
式中，A为保留条带的宽高比；i为保留条带的宽度；j为保留条带的高度。
优选地，步骤3中，根据步骤2中的判别指标确定待评估的煤矿采空区的危险等级，具体地：
若采空区中有塌陷区时，且该塌陷区的地表未充分塌陷，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级；
若采空区中有塌陷区，且该塌陷区的地表充分塌陷，则该塌陷区为无危险区；而该采空区的剩余区域则根据评估指标判断该剩余区域的危险等级；
若采空区中无塌陷区，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级。
优选地，当回采方式为房柱式开采方式时，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级的具体方法是：
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均小于1.5时，则待评估的煤矿采空区为强危险区；
当煤柱安全系数小于1.5、直接顶安全系数大于等于1.5时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区；
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均大于1.5时，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
优选地，当回采方式为条带式开采时，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级的具体方法是：
当煤柱核区率ρ<14％时，则该待评估的煤矿采空区为强危险区；
当煤柱核区率介于14％≤ρ<31％，且煤柱安全系数和保留条带宽高比均不满足长期稳定要求时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区；
当煤柱核区率介于31％≤ρ<65％，且煤柱安全系数均大于1.5，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
优选地，判断地表是否充分塌陷，具体地：
当采集到的地表实际沉降值s满足下列条件时，则地表充分塌陷；否则，地表未充分塌陷：
s＝qh
式中，q为开采充分下沉系数；h为采高
优选地，步骤4中，根据步骤3得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治，具体方法是：
对无危险区、弱危险区的采空区进行监测预警；
对于中等危险区的采空区，采用间隔局部处理充填方式对采空区进行防治；
对于强危险区的采空区，采用大范围治理或全面治理充填方式对采空区进行防治。
一种采空区大面积悬顶危险性评估系统，基于所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，包括数据采集单元、数据分析单元、数据判断单元和数据警报单元，具体地：
数据采集单元用于采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括采空区的顶板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数、采空区面积和充分塌陷区面积；
数据分析单元用于根据得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；
数据判断单元用于确定待评估的煤矿采空区的危险等级；
数据警报单元用于根据得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，有效的对一些采空区大面积悬顶进行危险性评估，划分为无弱中强四个等级，进而根据不同的危险等级高效的对采空区进行分类监测和采取相应的防治措施；解决了目前没有针对采空区大面积悬顶灾害作出科学的评估，进而引发的采空区顶板大面积冒落，造成矿震现象频繁发生的问题。
附图说明
图1是某矿采空区回采方式示意图；
图2是某矿采空区塌陷位置示意图；
图3是某矿采空区大面积悬顶危险性区域划分结果示意图；
图4是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图3所示，本发明提供的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，具体步骤如下：
步骤1：确定待评估的煤矿采空区并收集数据
确定待评估的煤矿采空区，收集待评估煤矿采空区的顶板特征(直接顶厚度)、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数(0.05)、采空区面积和充分塌陷区面积。
本实施例中，某矿需进行采空区大面积悬顶危险性评估，开采3号煤，可采厚度8.37～8.73m，平均厚度8.33m，采高7m，埋深163～236m，采深平均取180m；顶板以细砂岩为主，底板以泥岩为主。
采空区概况，见图1：
1997年至2009年之间均采用采14m留8m的“井字形”房柱式开采，形成第一采空区1，该第一采空区的面积为0.4847km2，主要分布于工业广场西侧和工业广场东侧；2009年至2017年10月，均采用采12m留8m条带式开采，形成第二采空区2，共形成采空面积2.409km2；2017年10月至今，采用采10m留15m条带式开采，形成第三采空区3，该第三采空区分布于井田东北部，采空区面积0.04462km。
塌陷区概况，见图2：
截止到2020年10月，收集到的塌陷记录3次，累计塌陷面积0.23km2，下沉高度均达到约35cm，充分下沉，分别是：4301和4303塌陷区，2009年10月9日塌陷，形成第一塌陷区4，塌陷面积0.1303km2；井田西南角塌陷区，2013年10月9日塌陷，形成第二塌陷区5，塌陷面积0.0125km2；变电所北部塌陷区，2015年1月4日塌陷，形成第三塌陷区6，塌陷面积0.0872km2。
步骤2：确定待评估采空区的判别指标并量化取值
具体步骤如下:
步骤2-1：房柱式采空区大面积悬顶危险性评估指标为：煤柱安全系数和直接顶安全系数；条带式采空区大面积悬顶危险性评估指标为：核区率、煤柱安全系数和保留条带宽高比。
步骤2-2：按以下步骤计算房柱式采空区煤柱安全系数
①按辅助面积法对煤柱承受载荷进行分析，煤柱载荷计算公式为(简化计算，取a1＝a2，b1＝b2)：
Figure BDA0002846529680000061
式中，a1为采宽大一侧煤柱留设宽度，m；a2采宽小一侧煤柱留设宽度，m；b1为采宽，m；b2为采宽，m；θ为煤岩剪切角，°；H为开采深度，m；γ为覆岩平均容重，N/m3。某矿a1＝a2＝8m，b1＝b2＝14m，h取7m，H取180m，上覆岩层平均容重取20.8kN/m3，θ为14°，计算可知煤柱承受载荷26.25MPa。
②根据Bieniawski公式，煤岩体的强度与其尺寸可表示为：
Figure BDA0002846529680000062
式中，σc为煤柱原位临界立方体单轴抗压强度，MPa；a为煤柱宽度，m；h为采高，m；n为煤柱宽高比因素，当
Figure BDA0002846529680000071
时，n＝1.4；当
Figure BDA0002846529680000072
时，n＝1。某矿σc取5.28MPa，a取8m，h取7m，计算可知煤柱抗压强度5.55MPa。
③房柱式采空区煤柱安全系数计算：由极限强度理论可知当煤柱所受应力达到其抗压强度时，煤柱承载能力即失效，发生破坏，若考虑一定的安全系数，则：
Figure BDA0002846529680000073
式中，Ffm为安全系数，取1.5；σfP为煤柱强度，MPa；pfP为煤柱承受载荷，MPa。参照①②计算结果，煤柱安全系数为0.21。
步骤2-3：按以下步骤计算房柱式采空区直接顶安全系数
①根据“无梁楼盖”模型计算直接顶的最大拉应力：
Figure BDA0002846529680000074
Figure BDA0002846529680000075
式中，σfx为顶板沿x方向最大拉应力，MPa；σfy为顶板沿y方向最大拉应力，MPa；hz为直接顶的厚度，m；γ为覆岩平均容重，kN/m3；lx为顶板沿x方向的跨度，m；ly为顶板沿y方向的跨度，m；某矿lx＝ly为22m，hz取7.8m，计算可知直接顶的最大拉应力1.94MPa。
②直接顶安全系数计算：当直接顶所受应力达到其抗拉强度时，直接顶承载能力即失效，发生破坏，若考虑一定的安全系数，则：
Figure BDA0002846529680000076
式中，Ffd为直接顶安全系数，取1.5，σfd为直接顶抗拉强度，MPa；pfd为直接顶承受最大拉应力，MPa。某矿直接顶抗拉强度普遍为2MPa，参照①的计算结果可知直接顶的安全系数为1.03。
步骤2-4：按以下步骤计算条带式采空区核区率
①根据威尔逊三向应力法计算煤柱屈服宽度：
Y＝0.00492mH
②核区率计算：
Figure BDA0002846529680000081
式中，Y为煤柱屈服宽度，m；H为开采深度，m；m为开采厚度，m；a为煤柱宽度，m。某矿当开采尺寸为采12m留8m时，H取180m，m取7m，a取8m，计算可知核区率为负值说明煤柱全部屈服破坏，核区率最终取值0。当开采尺寸为采10m留15m时，H取180m，m取7m，a取15m，计算可知核区率为负值说明煤柱全部屈服破坏，核区率最终取值0.17。
步骤2-5：按以下步骤计算条带式采空区煤柱安全系数
①煤柱极限承载能力计算：
F极长＝4Hγ(a-4.92mH×10-3)
式中，F极长为长煤柱极限承载能力，kN；γ为覆岩平均容重，kN/m3；H为覆岩厚度，m；a为煤柱宽度，m；m为开采厚度，m。
②煤柱分担荷载计算(两侧采空区宽度小于0.6H)：
Figure BDA0002846529680000082
式中，F实为煤柱分担荷载，kN；γ为覆岩平均容重，kN/m3；H为覆岩厚度，m；a为煤柱宽度，m；b为开采宽度，m。
③煤柱安全系数计算：
k＝F极长/F实
某矿开采尺寸为采12m留8m和采10m留15m的煤柱安全系数分别为0.37和1.43。
步骤2-6：条带式采空区的宽高比
A＝i/j
式中，A为保留条带的宽高比；i为保留条带的宽度，m；j为保留条带的高度，m。某矿开采尺寸为采12m留8m和采10m留15m的煤柱安全系数分别为1.14和2.14。
步骤3：确定待评估采空区的判别标准
若采空区中有塌陷区时，且该塌陷区的地表未充分塌陷，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级；
若采空区中有塌陷区，且该塌陷区的地表充分塌陷，则该塌陷区为无危险区；而该采空区的剩余区域则根据评估指标判断该剩余区域的危险等级；
若采空区中无塌陷区，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级。
判断地表是否充分塌陷，具体地：
当采集到的地表实际沉降值s满足下列条件时，则地表充分塌陷；否则，地表未充分塌陷：
s＝qh
式中，q为开采充分下沉系数；h为采高。
①房柱式采空区大面积悬顶危险性分区划分原则如下：
A、强危险区
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均小于1.5时，则待评估的煤矿采空区为强危险区。
B、中等危险区
当煤柱安全系数小于1.5、直接顶安全系数大于等于1.5时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区。
C、弱危险区
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均大于1.5时，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
②条带式采空区大面积悬顶危险性分区划分原则如下：
A、强危险区
当煤柱核区率ρ<14％时，则该待评估的煤矿采空区为强危险区。
B、中等危险区
当煤柱核区率介于14％≤ρ<31％，且煤柱安全系数和保留条带宽高比均不满足长期稳定要求时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区(当弹性核区比例介于14％～31％时，部分矿井遗留煤柱失稳，部分矿井遗留煤柱稳定；对于充填条带时，煤柱安全系数取＜1.3，对于垮落开采条带时，煤柱安全系数取＜1.5；对于充填条带时，保留条带宽高比取＜2，对于垮落开采条带，保留条带宽高比取＜5)。
C、弱危险区
当煤柱核区率介于31％≤ρ<65％，且煤柱安全系数均大于1.5，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
步骤4：确定待评估采空区的危险等级
①房柱式开采(采14m留8m)：
图1中的第一采空区1，经计算，该种采法直接顶安全系数为1.03，煤柱安全系数0.21，均小于1.5，采空区无法维持长期稳定。因图2中的第三塌陷区6的面积已接近采空区边界且地表沉降约35cm，划分为无危险区；图2中的第二塌陷区5也发生大面积塌陷且地表沉降约35cm，采空区均为2005年以前形成，至今未发生二次塌陷，故划分为无危险区，如图3所示的其余房柱式的第四采空区7未出现大面积塌陷，故划分为强危险区。
②条带式开采(采12m留8m)：
2009年至2017年10月，矿井均采用采12m留8m条带式开采第二采空区2，累计形成采空区面积约2.409km2，经计算，该种采法核区率为0；保留条带的宽高比为1.14，不满足宽高比不小于5(垮落开采)的要求；煤柱的安全系数为0.37，不满足条带开采安全系数不小于1.5的要求，采空区无法维持长期稳定。因图2中的第一塌陷区4发生大面积塌陷且地表沉降约35cm，划分为无危险区，如图3所示，其余采12m留8m条带式第二采空区2和第五采空区8未出现大面积塌陷，故划分为强危险区。
③条带式开采(采10m留15m)
图1中的第三操控区3，经计算，该种采法核区率为17％，大于14％小于31％；保留条带的宽高比2.14，不满足宽高比不小于5(垮落开采)的要求；煤柱的安全系数1.43，接近1.5，故采用该采法的采空区划分为中等危险区。
某矿采空区大面积悬顶危险性区域划分见图3。
步骤5：分类监测与防治
①监测预警方案制定基本原则是：区域与局部结合
区域与局部结合是指采用区域矿震监测、井下重点区域局部监测与地表移动变形监测结合预警方式，探索采空区大面积悬顶灾害治理监测体系。
②整体防治思路为：预防为主、分类防治、分期治理
首先采空区的防爆隔离密闭墙要满足规格，在此基础上对无、弱危险性采空区以监测预警为主；对于中等危险性采空区，采用“按一定间隔局部处理”充填方式提高部分区域煤柱和顶板稳定性，从而提高采空区整体稳定性；对于强危险性区域，采用“大范围治理”或“全面治理”充填方式进行灾害防治，同时加强监测及灾害预警。
本实施例，还提供一种采空区大面积悬顶危险性评估系统，包括数据采集单元、数据分析单元、数据判断单元和数据警报单元，具体地：
数据采集单元用于采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括开采煤层、顶底板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、采空区面积和塌陷区面积；
数据分析单元用于根据得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；
数据判断单元用于确定待评估的煤矿采空区的危险等级；
数据警报单元用于根据得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治。

Claims (10)

1.一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括采空区的顶板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数、采空区面积和充分塌陷区面积；
步骤2，根据步骤1得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；
步骤3，根据步骤2中的判别指标确定待评估的煤矿采空区的危险等级；
步骤4，根据步骤3得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治。
2.根据权利要求1所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，步骤2中，根据步骤1得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，具体方法是：
当回采方式为房柱式开采方式时，待评估的煤矿采空区的判别指标包括煤柱安全系数和直接顶安全系数；
当回采方式为条带式开采时，待评估的煤矿采空区的判别指标包括核区率、煤柱安全系数和保留条带宽高比。
3.根据权利要求2所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，步骤2中，将该判别指标进行量化取值，具体方法是：
当回采方式为房柱式开采方式时，通过下式计算煤柱安全系数：
Figure FDA0002846529670000011
式中，Ffm为安全系数；σfP为煤柱强度；pfP为煤柱承受载荷；
通过下式计算直接顶安全系数：
Figure FDA0002846529670000021
式中，Ffd为直接顶安全系数；σfd为直接顶抗拉强度；pfd为直接顶承受最大拉应力。
4.根据权利要求2所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，步骤2中，将该判别指标进行量化取值，具体方法是：
当回采方式为条带式开采时，通过下式计算核区率：
Figure FDA0002846529670000022
式中，ρ为核区率；a为煤柱宽度；Y为煤柱屈服宽度；
通过下式计算煤柱安全系数：
k＝F极长/F实
式中，k为煤柱安全系数；F极长为长煤柱极限承载能力；F实为煤柱分担荷载；
通过下式计算保留条带宽高比：
A＝i/j
式中，A为保留条带的宽高比；i为保留条带的宽度；j为保留条带的高度。
5.根据权利要求2所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，步骤3中，根据步骤2中的判别指标确定待评估的煤矿采空区的危险等级，具体地：
若采空区中有塌陷区时，且该塌陷区的地表未充分塌陷，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级；
若采空区中有塌陷区，且该塌陷区的地表充分塌陷，则该塌陷区为无危险区；而该采空区的剩余区域则根据评估指标判断该剩余区域的危险等级；
若采空区中无塌陷区，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级。
6.根据权利要求5所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，当回采方式为房柱式开采方式时，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级的具体方法是：
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均小于1.5时，则待评估的煤矿采空区为强危险区；
当煤柱安全系数小于1.5、直接顶安全系数大于等于1.5时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区；
当直接顶安全系数和煤柱安全系数均大于1.5时，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
7.根据权利要求5所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，当回采方式为条带式开采时，则根据评估指标判断该待评估的煤矿采空区的危险等级的具体方法是：
当煤柱核区率ρ<14％时，则该待评估的煤矿采空区为强危险区；
当煤柱核区率介于14％≤ρ<31％，且煤柱安全系数和保留条带宽高比均不满足长期稳定要求时，则待评估的煤矿采空区为中等危险区；
当煤柱核区率介于31％≤ρ<65％，且煤柱安全系数均大于1.5，则待评估的煤矿采空区为弱危险区。
8.根据权利要求5所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，判断地表是否充分塌陷，具体地：
当采集到的地表实际沉降值s满足下列条件时，则地表充分塌陷；否则，地表未充分塌陷：
s＝qh
式中，q为开采充分下沉系数；h为采高。
9.根据权利要求1所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，其特征在于，步骤4中，根据步骤3得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治，具体方法是：
对无危险区、弱危险区的采空区进行监测预警；
对于中等危险区的采空区，采用间隔局部处理充填方式对采空区进行防治；
对于强危险区的采空区，采用大范围治理或全面治理充填方式对采空区进行防治。
10.一种采空区大面积悬顶危险性评估系统，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的一种采空区大面积悬顶危险性评估方法，包括数据采集单元、数据分析单元、数据判断单元和数据警报单元，具体地：
数据采集单元用于采集待评估的煤矿采空区的数据信息，其中，所述数据信息包括采空区的顶板特征、煤层厚度、采高、采深、回采方式、充分下沉系数、采空区面积和充分塌陷区面积；
数据分析单元用于根据得到的煤矿采空区的回采方式，确定待评估的煤矿采空区的判别指标，并将该判别指标进行量化取值；
数据判断单元用于确定待评估的煤矿采空区的危险等级；
数据警报单元用于根据得到的待评估的煤矿采空区的危险等级进行分类监测与防治。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113961999A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 中天合创能源有限责任公司 一种隔离煤柱安全留设的论证方法
CN113982681A (zh) * 2021-10-26 2022-01-28 中煤西安设计工程有限责任公司 一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统
CN116703166A (zh) * 2023-08-07 2023-09-05 山东新巨龙能源有限责任公司 一种基于数据挖掘的煤矿充填开采地质风险评估方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103256073A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 中国矿业大学 煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法
CN104715161A (zh) * 2015-03-31 2015-06-17 江西理工大学 一种采空区顶板稳定性判别方法
CN106096853A (zh) * 2016-06-21 2016-11-09 中国矿业大学 一种煤巷掘进冲击矿压危险预评估方法
CN106934504A (zh) * 2017-03-23 2017-07-07 山东工商学院 一种采空区塌陷预测研究方法
CN107194519A (zh) * 2017-06-16 2017-09-22 内蒙古科技大学 一种采空区危险临界程度预判方法
CN108399497A (zh) * 2018-02-11 2018-08-14 煤炭工业济南设计研究院有限公司 一种条带开采采空区稳定性评估方法
CN110610285A (zh) * 2019-07-22 2019-12-24 中南大学 一种地下金属矿采空区危险度分级评价方法
CN111027687A (zh) * 2019-12-29 2020-04-17 鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司 煤矿工作面回采期间矿压预测治理方法及系统
CN111460564A (zh) * 2020-04-09 2020-07-28 安徽理工大学 深井冲击煤层充填工作面区段煤柱宽度的确定方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103256073A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 中国矿业大学 煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法
CN104715161A (zh) * 2015-03-31 2015-06-17 江西理工大学 一种采空区顶板稳定性判别方法
CN106096853A (zh) * 2016-06-21 2016-11-09 中国矿业大学 一种煤巷掘进冲击矿压危险预评估方法
CN106934504A (zh) * 2017-03-23 2017-07-07 山东工商学院 一种采空区塌陷预测研究方法
CN107194519A (zh) * 2017-06-16 2017-09-22 内蒙古科技大学 一种采空区危险临界程度预判方法
CN108399497A (zh) * 2018-02-11 2018-08-14 煤炭工业济南设计研究院有限公司 一种条带开采采空区稳定性评估方法
CN110610285A (zh) * 2019-07-22 2019-12-24 中南大学 一种地下金属矿采空区危险度分级评价方法
CN111027687A (zh) * 2019-12-29 2020-04-17 鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司 煤矿工作面回采期间矿压预测治理方法及系统
CN111460564A (zh) * 2020-04-09 2020-07-28 安徽理工大学 深井冲击煤层充填工作面区段煤柱宽度的确定方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"全国矿井水文工程地质学术交流会论文集", 31 October 1992, 地震出版社, pages: 169 *
孙庆先;: "采空区内煤柱稳定性影响因素分析与评价方法", 煤矿安全, no. 08, 20 August 2017 (2017-08-20), pages 134 - 137 *
张振配;路洋波;李岩;陈法兵;董亚东: "非对称开采条件下工作面"多向应力"变化特征研究", 安全与环境学报, no. 003, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 788 - 794 *
李宏杰等: "煤矿采空区灾害综合防治技术与实践", 31 August 2016, 煤炭工业出版社, pages: 147 - 151 *
王根龙等: "崩滑地质灾害稳定性评价方法研究", 31 July 2013, 上海交通大学出版社, pages: 178 - 179 *
陈绍杰等: "深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究", 30 November 2010, 煤炭工业出版社, pages: 10 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113961999A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 中天合创能源有限责任公司 一种隔离煤柱安全留设的论证方法
CN113982681A (zh) * 2021-10-26 2022-01-28 中煤西安设计工程有限责任公司 一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统
CN116703166A (zh) * 2023-08-07 2023-09-05 山东新巨龙能源有限责任公司 一种基于数据挖掘的煤矿充填开采地质风险评估方法
CN116703166B (zh) * 2023-08-07 2023-10-20 山东新巨龙能源有限责任公司 一种基于数据挖掘的煤矿充填开采地质风险评估方法

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