CN113505335B - 一种冲击危险卸压效果检验方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冲击危险卸压效果检验和装置，包括以下步骤：S1、采集大直径卸压钻孔监测参数；S2、处理所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；S3、根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；S4、根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级。本发明采集大直径卸压钻孔实施后的塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率等监测参数并进行后处理，判识大直径钻孔卸压区域卸压效果。本发明能够对大直径钻孔卸压效果等级进行准确判定。

Description

一种冲击危险卸压效果检验方法和装置

技术领域

本发明属于煤矿开采及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种基于大直径卸压钻孔监测参数的冲击危险卸压效果检验方法和装置。

背景技术

冲击地压作为煤矿生产过程中典型的动力灾害，严重威胁着煤矿的安全开采。随着国家、矿井对冲击地压的重视程度加深，煤体大直径卸压钻孔逐步成为矿井防治冲击地压主要手段，其特点在于在煤体中形成一个孔状自由面，使得应力从卸压孔区域释放，从而达到卸压效果。该方法简单易行，在广泛应用的同时，仍存在一些不足。

有效判识巷道区域大直径卸压钻孔的卸压效果，对确保矿井安全开采具有重要意义。目前已有部分指标应用于检验大直径钻孔卸压效果判识，但其辨识指标的各自独立，缺乏针对性，各种辨识指标中采取的参数指标量纲不统一，虽然辨识方法较多，但没有将其各自优点进行规范、进行统一，辨识效果并不理想，一定程度上易造成辨识有误。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于大直径卸压钻孔监测参数的冲击危险卸压效果检验方法，以解决现有技术存在的问题，能够对多种大直径卸压钻孔监测参数指标进行有机结合，并实现多参数可量化，能够对大直径钻孔卸压效果等级进行准确判识。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于大直径卸压钻孔监测参数的冲击危险卸压效果检验方法，包括以下步骤：

S1、采集大直径卸压钻孔监测参数；

S2、根据所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；

S3、根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；

S4、根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级。

优选的，所述大直径卸压钻孔监测参数包括塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率。

优选的，所述S2包括以下子步骤：

S21、对所述卸压钻孔监测参数进行无量纲处理；

S22、对无量纲处理后的所述卸压钻孔监测参数进行权重确定；

S23、根据所述S22获得的卸压钻孔监测参数权重计算所述大直径钻孔卸压效果程度指标。

优选的，所述无量纲处理计算方法为：

其中，T(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理后的数据，t(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理前的数据，min(t(x))和max(t(x))分别表示大直径卸压钻孔监测参数量化值的最小值和最大值。

优选的，所述S22计算卸压钻孔监测参数权重方法为：

S221、建立参数层、目标层，所述参数层包括所述大直径卸压钻孔监测参数，所述目标层用于计算大直径卸压钻孔监测参数的权重；

S222、建立所述目标层基于所述参数层的判断矩阵，基于所述判断矩阵获取所述目标层基于所述参数层的权重向量，所述参数层的权重向量即为所述大直径卸压钻孔监测参数的权重。

优选的，所述S4中设置阈值，将所述大直径钻孔卸压效果程度指标值与所述阈值进行比较，划分大直径钻孔卸压效果等级。

本发明还提供一种冲击危险卸压效果检验装置：包括：

获取模块，用于采集大直径卸压钻孔监测参数；

第一计算模块，用于根据所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；

第二计算模块，用于根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；

检验模块，用于根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级。

优选的，所述大直径卸压钻孔监测参数包括塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率。

本发明公开了以下技术效果：本发明对井下巷道已实施大直径钻孔区域的钻孔监测参数进行收集，包括：塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率，并对监测参数进行后处理，进一步判识大直径卸压钻孔的卸压效果等级。通过该方法有效判识大直径钻孔卸压区域的卸压效果，降低了井下人员对卸压效果的误判率；通过该方法有效避免了巷道区域重复施工大直径卸压钻孔带来的人力、物力、财力损失；通过实施该方法提高了对冲击危险区域的危险监测能力，能够及时对卸压效果不好区域采取补强卸压，提高了井下工作人员的生命安全系数，为矿井安全生产提供重要依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施大直径卸压钻孔监测参数冲击危险效果检验方法流程图

图2为大直径卸压钻孔塌孔长度和钻孔深度示意图

图3为本发明卸压钻孔监测区域示意图，其中，图3(a)是为本发明在掘进巷道中钻孔参数监测示意图，图3(b)是为本发明在回采巷道中的钻孔参数监测示意图；

图4为本发明大直径卸压钻孔监测参数进行权重确定流程示意图；

图5为本发明种冲击危险卸压效果检验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-图4，本发明提供一种基于大直径卸压钻孔监测参数的冲击危险卸压效果检验方法，具体包括如下步骤：

S1、基于对井下巷道大直径卸压钻孔监测，获取大直径卸压钻孔监测参数；

所述的大直径卸压钻孔监测参数包括：塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率。

1)基于所述大直径卸压钻孔监测参数，获取塌孔程度的方法包括：

所述塌孔程度即为大直径钻孔出现局部或大范围的孔壁坍塌，闭合的程度，获取塌孔程度的具体方法包括：基于塌孔长度与钻孔长度的比值η，获取塌孔程度，见图2，η值的计算如下式所示：

式中，S_s表示塌孔长度，S_w表示大直径钻孔长度。

2)基于所述大直径卸压钻孔监测参数，获取塌孔时间的方法包括：

所述塌孔时间即为大直径卸压钻孔施工完毕至开始出现塌孔所用的时间，获取塌孔时间的具体方法包括：基于出现塌孔时的时间与卸压钻孔施工结束时间差值，获取塌孔时间。

3)基于所述大直径卸压钻孔监测参数，获取塌孔速率的方法包括：

所述塌孔速率即为某段监测时间内塌孔程度变化率，获取塌孔速率的具体方法包括：基于两次监测时塌孔程度的变化值与监测时间差的比值，获取塌孔速率。

4)基于所述大直径卸压钻孔监测参数，获取塌孔与工作面间的距离的方法包括：

所述塌孔与工作面间的距离即为大直径卸压钻孔开始出现塌孔时与工作面开采位置间的距离，获取塌孔与工作面间的距离的具体方法包括：基于大直径卸压钻孔施工位置与开始出现塌孔时工作面开采位置的距离差，获取塌孔与工作面间的距离。

S2、对大直径卸压钻孔监测参数进行处理，确定大直径钻孔卸压效果权重；具体包括：

S21、对各大直径卸压钻孔监测参数分别进行无量纲归一化处理，具体如下式所示：

其中，T(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理后的数据，t(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理前的数据，min(t(x))和max(t(x))分别表示大直径卸压钻孔监测参数量化值的最小值和最大值。

S22、对无量纲归一化处理后的所述大直径卸压钻孔监测参数的卸压效果权重进行计算；具体包括：

S221、构建参数层、目标层，所述参数层包括所述大直径卸压钻孔监测参数，即，塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率4个参数，所述目标层用于计算大直径卸压钻孔监测参数的权重，如图4所示；

S222、建立所述目标层基于所述参数层的判断矩阵，基于所述判断矩阵获取所述目标层基于所述参数层的权重向量，即所述大直径卸压钻孔监测参数的最终卸压效果程度权重；具体包括：

1)建立所述目标层基于所述参数层的判断矩阵U_j，即将参数层中任意一个因素u_i(i＝1，2，…，4)均与目标层对应，建立判断矩阵U_j：

其中，U_ij为基于表1对各个大直径卸压钻孔监测参数选取的标度值；所述目标层基于所述参数层的判断矩阵U_j中任意一个因素取值，根据Saaty提出的标度方法进行确定，具体量化指标如表1。

表1

2)根据VU＝λ_maxU计算判断矩阵U_j对应的最大特征根λ_j及特征向量V_j＝(V_1j,V_2j,V_3j,V_4j)^T(j＝1，2，3，4)，计算判断矩阵U_j对应的一致性比例CR，如下式所示：

式中，CI为一致性指标，用于衡量判断矩阵U_j的不一致程度，计算公式为n为矩阵U_j的阶数，RI为随机一致性指标，用于衡量CI的大小，RI取值由U_j的阶数决定，由于判断矩阵U_j的阶数为4，根据T.L.Saaty提出的标度方法进行确定，如表2所示，此处RI＝0.90。

表2

当计算的CR值<0.1时，判断矩阵U_j的一致性能够接受，对特征向量V_j进行归一化(使向量中各元素之和等于1)得到权重向量V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)^T，v_i为塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率判识大直径卸压钻孔卸压效果程度的最终权重(i＝1,2,…,4)，且有v₁+v₂+…+v₄＝1。

S3、根据大直径卸压钻孔监测参数的复杂程度权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标值；

大直径钻孔卸压效果程度指标用于对大直径钻孔卸压效果程度进行辨识，大直径钻孔卸压效果程度指标的计算如下式所示：

S＝T₁v₁+…+T_nv_n(n＝1,2,…,4)

式中，T_n表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理后的数据。

S4、根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压效果程度等级；

本实施例中，通过设置阈值，将所述大直径钻孔卸压效果程度指标值与所述阈值进行比较，划分大直径钻孔卸压效果程度等级，具体为：

当0≤S＜0.25时，大直径钻孔卸压效果程度等级为Ⅰ，无明显卸压效果；

当0.25≤S＜0.5时，大直径钻孔卸压效果程度等级为Ⅱ，卸压效果一般；

当0.5≤S＜0.75时，大直径钻孔卸压效果程度等级为Ⅲ，卸压效果较好；

当0.75≤S＜1时，大直径钻孔卸压效果程度等级为Ⅳ，卸压效果好。

为进一步验证本发明基于大直径卸压钻孔监测参数的冲击危险卸压效果检验方法的有效性，本实施例选取某矿工作面回采期间大直径卸压钻孔进行参数监测，对其冲击危险卸压效果程度进行判识。

(1)采集某矿工作面某一区域的大直径卸压钻孔塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率等参数的最大值、最小值，采集结果如表3所示。

表3

(2)对工作面大直径卸压钻孔监测参数进行权重赋值，如表4所示。

表4

表3判断矩阵特征值为4.089，CI＝0.0297，RI＝0.90，CR＝0.033＜0.1，满足一致性验证，则大直径卸压钻孔监测参数的权重矩阵V＝(0.572，0.195，0.141，0.092)^T。

(3)将大直径卸压钻孔监测参数进行归一化处理，如表5所示。

表5

(4)确定用于大直径钻孔卸压效果程度判识指标，计算指标值：

S＝0.572×0.47+0.195×0.62+0.141×0.64+0.092×0.55＝0.531。

(5)基于大直径钻孔卸压效果程度指标值(S＝0.531)，获取某矿工作面某一区域大直径钻孔卸压效果等级，为Ⅲ级，卸压效果较好。

(6)基于本发明操作流程，能够依次计算得出某矿某工作面其余大直径钻孔卸压区域的卸压效果等级。

由此可见，本发明能够对大直径钻孔卸压效果等级进行准确判识。

如图5所示，本发明还提供一种冲击危险卸压效果检验装置，实现上述冲击危险卸压效果检验方法：包括：

获取模块，用于采集大直径卸压钻孔监测参数；

第一计算模块，用于根据所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；

第二计算模块，用于根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；

检验模块，用于根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级。

进一步，所述大直径卸压钻孔监测参数包括塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率。

本发明采集大直径卸压钻孔实施后的塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离、塌孔速率等监测参数并进行后处理，判识大直径钻孔卸压区域卸压效果。本发明能够对大直径钻孔卸压效果等级进行准确判定。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种冲击危险卸压效果检验方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采集大直径卸压钻孔监测参数；

S2、根据所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；

S3、根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；

S4、根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级；

所述大直径卸压钻孔监测参数包括塌孔程度、塌孔时间、塌孔与工作面间的距离和塌孔速率；

所述S2包括以下子步骤：

S21、对所述大直径卸压钻孔监测参数进行无量纲处理；

S22、对无量纲处理后的所述大直径卸压钻孔监测参数进行权重确定；

S23、根据所述S22获得的大直径卸压钻孔监测参数权重计算所述卸压效果程度指标；

所述S22计算大直径卸压钻孔监测参数权重方法为：

S221、建立参数层、目标层，所述参数层包括所述大直径卸压钻孔监测参数，所述目标层用于计算大直径卸压钻孔监测参数的权重；

S222、建立所述目标层基于所述参数层的判断矩阵，基于所述判断矩阵获取所述目标层基于所述参数层的权重向量，所述参数层的权重向量即为所述大直径卸压钻孔监测参数的权重；

所述塌孔程度为大直径钻孔出现局部或大范围的孔壁坍塌闭合的程度，获取塌孔程度的具体方法包括：基于塌孔长度与钻孔长度的比值η，获取塌孔程度，η值的计算如下式所示：

其中，S_s表示塌孔长度，S_w表示大直径钻孔长度；

基于塌孔长度与钻孔长度的比值，获取塌孔程度；基于出现塌孔时的时间与卸压钻孔施工结束时间差值，获取塌孔时间；基于两次监测时塌孔程度的变化值与监测时间差的比值，获取塌孔速率；基于大直径卸压钻孔施工位置与开始出现塌孔时工作面开采位置的距离差，获取塌孔与工作面间的距离。

2.根据权利要求1所述的冲击危险卸压效果检验方法，其特征在于：所述无量纲处理计算方法为：

其中，T(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理后的数据，t(x)表示大直径卸压钻孔监测参数无量纲归一化处理前的数据，min(t(x))和max(t(x))分别表示大直径卸压钻孔监测参数量化值的最小值和最大值。

3.根据权利要求1所述的冲击危险卸压效果检验方法，其特征在于：所述S4中设置阈值，将所述大直径钻孔卸压效果程度指标值与所述阈值进行比较，划分大直径钻孔卸压效果等级。

4.一种实现权利要求1至3任一项所述的冲击危险卸压效果检验方法的冲击危险卸压效果检验装置，其特征在于：包括：

获取模块，用于采集大直径卸压钻孔监测参数；

第一计算模块，用于根据所述大直径卸压钻孔监测参数，计算卸压效果预测权重；

第二计算模块，用于根据所述卸压效果预测权重，计算大直径钻孔卸压效果程度指标；

检验模块，用于根据所述大直径钻孔卸压效果程度指标值，获取大直径钻孔卸压区域卸压效果等级。