CN114692410A - 基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法 - Google Patents

基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法 Download PDF

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CN114692410A CN202210312032.XA CN202210312032A CN114692410A CN 114692410 A CN114692410 A CN 114692410A CN 202210312032 A CN202210312032 A CN 202210312032A CN 114692410 A CN114692410 A CN 114692410A
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Abstract

本发明公开一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，属于矿井动力灾害预测技术领域。通过同化模型在运算过程中记录一系列关键点的应力数据及不完整历史资料数据构成原始分析数据集，采用距平百分率法、累计距平曲线法，以模型预开挖过程中产生的新数据流与历史常规值进行距平分析，建立动力灾害危险程度划分等级，针对新数据流距平值的异常变化及偏离程度进行定量分析，预估未来采掘过程中可能发生动力灾害的趋势，为保障矿井安全生产提供理论依据和技术支持。

Description

基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法
技术领域
本发明涉及一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，属于应力场同化反演与动力灾害预测技术领域。
背景技术
研究表明地应力是煤矿开采等地下工程围岩变形与破坏的根本驱动力，是导致突出事故、冲击地压等动力灾害的最主要影响因素之一，地应力越高、变化越剧烈，突出危险性就越大。地应力主导型的突出事故日趋增多，对矿井安全高效生产建设造成重大隐患。另外，煤炭资源开采过程中，不可避免地产生采动响应，而实际生产过程中矿井采掘接替顺序将导致初始地应力场发生改变，围岩中应力集中分布情况的变化，易诱发冲击地压、巷道围岩大变形等动力灾害事故。
一直以来，人们都尝试将地应力作为开采扰动下突出事故预警与防治的有效参数，并开展相关监测研究。然而由于监测技术的不到位、数据采集与存储的不合理、监测要素的不全面等原因，矿井监测历史资料的准确性、连续性、完整性往往难以满足后续数据分析与信息挖掘的需要，另外历史监测点的空间分布的不均匀、监测点与实际突出点的不吻合都是现实中难以解决的问题。
当前计算机模拟技术与大数据处理技术的发展为突出矿井动力灾害防治提供了新思路与新方法，通过同化技术建立起准确表征矿井地应力场在采掘过程中的实际真实演化过程及现实状态的矿井高精度等比例同化模型，通过模型运行中产生的仿真数据来有效补充数据库；此外，目前尚无对煤矿井下地应力测试点数据信息的距平分析研究，更没有利用该分析开展以应力突出型为主的动力灾害预测预测预报方面的应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，通过基于历史监测数据和同化模型运算结果数据，运用距平分析对矿井地应力场演化历史进行距平百分率和累计距平分析，判断地应力时序演化差异并建立动力灾害危险程度判定标准，在同化模型中预开挖过程产生的数据流对比判定标准，对数据的异常变化和偏离程度进行定量分析，通过建立的三个预估指标综合评判动力灾害危险程度，旨在掌握矿井采掘全生命周期中应力场的时空演化规律，预测今后矿井应力场的演化特征，为矿井安全生产提供指导。
为实现本发明的目的，本发明的基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其步骤为：
收集矿井的历史监测数据，包括建井至今关键地点多年的地应力历史模拟数据以及矿山企业历史监测资料作为背景值；
利用历史数据生成同化模型运算地应力大小数据，数据包括了历史监测得来的地应力数据和同化模型运算得来的地应力数据；
针对地应力数据运用距平分析法对矿井地应力场中各个关键地点在演化历史进行分析，所述距平分析法包括求解距平百分率和累计距平分析，判断矿井中各个关键地点的地应力大小同常年平均状态的偏离程度并根据偏离程度划分动力灾害危险等级；
在同化模型中进行煤层的模拟预开挖，同样对模拟预开挖过程产生的数据流进行距平百分率分析及累计距平分析，进而从持续性和阶段性角度把握未来开采过程中地应力的整体变化趋势与突变特征；
将同化模型数据与建立的动力灾害危险程度等级进行比较，根据距平百分率对比划分等级，得到预开挖煤层的突出危险等级，根据累计距平曲线的上下起伏得到地应力距平值的增减演变，根据累计距平曲线的绝对值最大值得到发生突变的大致时间；
针对动力灾害危险等级中的轻灾、中灾和重灾三种情况，综合考虑动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度，建立动力灾害危险等级评估指标，进一步评价预开挖煤层动力灾害时空变化特征，从而预测矿井采掘全生命周期中应力场的时空演化规律。
进一步，数据背景值包括煤矿企业建井以来至今所记录的全部历史资料以及矿山等比例同化模型进行历史反演过程中按需要所提取的数据。
进一步，等比例同化模型的建立过程步骤为：
a1搜集全矿井地质勘探钻孔详细资料、采掘工程平面图、井上下对照图、钻孔数据以及煤层底板等高线信息，利用FLAC3D软件或3DEC软件建立三维全仿真计算模型，全矿井的三维全仿真计算模型中的信息包括：各特征岩层，煤层、采面、巷道、地应力场；并通过查询到的钻孔资料获取煤岩层分布情况，将岩层整合为若干特征岩层，所述特征岩层的整合归类具体为：岩性相同或相似的同一类或类似岩层，根据钻孔数据进行岩性划分，若两同类岩层之间存在其余岩性的薄层，则将其忽略，归为该特征岩层中；根据地质报告数据获取各特征岩层力学性质信息，给三维全仿真计算模型施加约束边界后运算模型至初始应力平衡状态进行试运算；
a2根据全矿井已完成的回采区段和关键巷道的施工接替顺序，对生成的三维全仿真计算模型进行历史反演，依次执行全矿井所有回采区段和关键巷道的开挖作业，保证数值模拟中的采掘接替顺序和历史真实顺序相同，实现矿井采掘接替反演，完成最终计算得到煤矿现如今的采掘应力场分布规律；
a3完成历史反演后，进行历史进程与当前状态双同化，调取地应力监测点数据、矿井突出卡片信息、岩层移动观测数据历史资料，对比反演过程中模型中一系列相同地点的模拟数据偏差程度，同时对未进行开采活动的区域进行现场地应力实测，提取模型中对应实测地点的位置数据，判断偏差程度，不断修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向，使数据偏差程度保持在10％以内时同化完毕。
进一步，修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向的步骤为：首先建立一个小型简化数值模型，进行模拟开挖，采用与大模型相同的数值计算参数，根据小模型模拟开挖过程中的应力分布规律及围岩变形规律，修改模型的内聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比力学参数，直至数值模拟结果与现场实测规律保持一致；然后为采用第一个过程所确定的力学参数带入大模型进行运算，在此过程中由于应力数值与赋存环境变化，应力分布规律以及围岩变形可能会与小模型存在偏差，此时再进行参数修正，使得大模型的力学分布规律与变形规律与现场实测一致，完成同化。
进一步，距平分析法步骤为：先选取某一年内、某几年内、某几十年内构成的时间序列下，所有样本的地应力数值并求和，接着除以总样本数得到序列平均值；然后通过距平百分率计算所有样本的距平百分率，研究地应力时序变化的持续性，根据历史突出资料将地应力距平百分率划分为4个等级，小于10％的为平稳期，定义为无灾的；10％～30％为育突期，定义为轻灾的；30％～50％为易突期，定义为中灾的；大于50％为突出期，定义为重灾的；最后根据累计距平法将该时间序列下的所有样本的距平值累加，得到地应力累计距平曲线，反映地应力阶段性变化特征。
进一步，所述动力灾害包括突出事故、冲击地压等，主要是由地应力因素导致的，即“地应力主导型”事故。
进一步，利用下式计算距平百分率：
Figure BDA0003567450080000031
其中，Pa为地应力距平百分率，Pi为某时段某点处的地应力值大小，
Figure BDA0003567450080000041
为计算时段内某点处同期时间段内的平均地应力值大小，n为计算时段长，可以根据不同时间尺度来确定其具体数值，与n所表示的时间段保持一致即为同期，若n指的是月，那i就是1-12；n若指的是过去20年，那i就是1-20。
利用下式计算累计距平序列：
Figure BDA0003567450080000042
其中，LPi为平均地应力累计距平。
进一步，根据矿井未来所有回采区段和关键巷道的生产接替顺序，依次执行未来所有回采区段和关键巷道的开挖作业，计算矿井今后采掘施工过程中的一系列关键点的地应力参数的演化过程，结合历史上发生煤与瓦斯突出及冲击地压地点的应力演化规律，预测冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害；具体地，构建三个动力灾害危险程度评估指标，动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度；
动力灾害频率fi表征第i个测点在时段内发生动力灾害，即危险等级达到轻灾、中灾和重灾的测点视为发生了动力灾害的频繁程度：
Figure BDA0003567450080000043
n为第i个测点发生动力灾害的时长，N为第i个测点连续监测的总时长；
动力灾害密度Dj表征某一区域范围内在特定时段内发生动力灾害的测点数量占总测点数量的比例：
Figure BDA0003567450080000044
m为发生动力灾害的测点数量，M为某一区域内所有测点的数量，j为某一时段；
动力灾害强度I用于评价动力灾害严重程度：
Figure BDA0003567450080000045
|Ii|表示某一区域范围内各测点的动力灾害危险程度等级，|Ii|＝1、2、3，利用i区分的是测点，第i个测点是轻灾，对应|Ii|＝1，第i个测点是中灾，对应|Ii|＝2，第i个测点是重灾，对应|Ii|＝3。
有益效果：本方法针对矿井地应力监测手段与监测资料方面的弊端，运用同化反演技术与预测预报方法加以解决；一方面通过全面调研与综合分析矿区的勘探、建设、开采、维护等相关历史资料，并结合计算机的超高模拟运算能力建立大尺度全时空矿区数值模型，反演矿区的采掘工作，实现矿井全开采周期的大尺度数值仿真，分析采掘应力场的分布和演化规律；同时结合矿区的动力灾害历史资料及当前工作面的实测数据对比模型运算结果，提高同化分析数值计算的准确性与可信度，为采掘应力场的演变分析提供技术支持，理论上数值模型可以提取出任意一点的历史演化数据链，大为弥补了历史数据的空白；另一方面，采用地应力距平百分率可以用于表征某时段某区域地应力值较常年值偏大或偏小的程度，能够直观反映地应力异常波动引起的动力灾害事故；考虑到动力灾害是长时间范围内采掘扰动下的应力转移与集中的短时体现，距平无法体现累积效应，易对短时突变产生应激性反映，故采用累计距平表征变量与常规值间更长时间维度内的偏离程度；通过建立预估参数，从频率、密度、强度多方面综合预估未来采掘扰动下的动力灾害危险等级。本发明方法的分析结果可为矿井动力灾害的监测、评估、预警和防突工作提供科学依据。
附图说明
图1为本发明基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法的流程图；
图2为本发明基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法的实施例中的监测点分布示意图；
图3为本发明实施例中的模型预开挖顺序示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
通过距平能够确定数据原始时序与该数据长期均值间的偏差或离散度，求算地应力这一要素的距平百分率就可以表征某时间段内地应力较常年平均值偏大或偏小，能直观反映由地应力异常(通常是偏大)而引发的矿井动力灾害现象。建立的同化模型能够反映现实矿井物理原型在建井之始到现在以及未来的采掘生产活动过程的地应力演变特征，那么就在这个同化模型的反演数值基础上，求出每年的距平百分率，结合突出历史，发生突出的年份和距平百分率的突变必然存在联系，由此划分动力灾害的等级为4级(无灾、轻灾、中灾、重灾)，累计距平曲线是能够直观判断变化趋势的方式，将每年的距平值，包括正距平和负距平)累加，会得到一条上下起伏明显的曲线，从曲线的上升下降趋势中可以读出地应力变化的阶段性特征。再回到同化模型上，根据矿井实际的未来生产计划，对同化模型进行同序预开挖，预开挖过程中可以从模型中的各监测点提取地应力数据，这些数据同样进行距平百分率的计算，对照着动力灾害危险等级划分，便可以得到各测点的危险程度等级，同样也可以绘制累计距平曲线来分析未来的地应力演化阶段性特征，是上升了还是下降了还是基本稳定。在距平分析得到的危险等级的基础上，进一步定义三种评估指标，这三种指标都是围绕着动力灾害(无灾除外，针对的是危险等级划分中的后三种，即轻灾、中灾、重灾)而言的，从频率、密度、强度多方面来更详细地表征是什么样的轻灾、中灾、重灾，为预防预治提供指导。
如图1所示，本发明的基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其步骤为：
收集矿井的历史监测数据，包括建井至今关键地点多年的地应力历史模拟数据以及矿山企业历史监测资料作为背景值；数据背景值包括煤矿企业建井以来至今所记录的全部历史资料以及矿山等比例同化模型进行历史反演过程中按需要所提取的数据；
如图2所示，等比例同化模型的建立过程步骤为：
a1搜集全矿井地质勘探钻孔详细资料、采掘工程平面图、井上下对照图、钻孔数据以及煤层底板等高线信息，利用FLAC3D软件或3DEC软件建立三维全仿真计算模型，全矿井的三维全仿真计算模型中的信息包括：各特征岩层，煤层、采面、巷道、地应力场；并通过查询到的钻孔资料获取煤岩层分布情况，将岩层整合为若干特征岩层，所述特征岩层的整合归类具体为：岩性相同或相似的同一类或类似岩层，根据钻孔数据进行岩性划分，若两同类岩层之间存在其余岩性的薄层，则将其忽略，归为该特征岩层中；根据地质报告数据获取各特征岩层力学性质信息，给三维全仿真计算模型施加约束边界后运算模型至初始应力平衡状态进行试运算；
a2根据全矿井已完成的回采区段和关键巷道的施工接替顺序，对生成的三维全仿真计算模型进行历史反演，依次执行全矿井所有回采区段和关键巷道的开挖作业，保证数值模拟中的采掘接替顺序和历史真实顺序相同，实现矿井采掘接替反演，完成最终计算得到煤矿现如今的采掘应力场分布规律，如图3所示；
a3完成历史反演后，进行历史进程与当前状态双同化，调取地应力监测点数据、矿井突出卡片信息、岩层移动观测数据历史资料，对比反演过程中模型中一系列相同地点的模拟数据偏差程度，同时对未进行开采活动的区域进行现场地应力实测，提取模型中对应实测地点的位置数据，判断偏差程度，不断修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向，使数据偏差程度保持在10％以内时同化完毕。
利用历史数据生成同化模型运算地应力大小数据，数据包括了历史监测得来的地应力数据和同化模型运算得来的地应力数据；
修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向的步骤为：首先建立一个小型简化数值模型，进行模拟开挖，采用与大模型相同的数值计算参数，根据小模型模拟开挖过程中的应力分布规律及围岩变形规律，修改模型的内聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比力学参数，直至数值模拟结果与现场实测规律保持一致；然后为采用第一个过程所确定的力学参数带入大模型进行运算，在此过程中由于应力数值与赋存环境变化，应力分布规律以及围岩变形可能会与小模型存在偏差，此时再进行参数修正，使得大模型的力学分布规律与变形规律与现场实测一致，完成同化。
针对地应力数据运用距平分析法对矿井地应力场中各个关键地点在演化历史进行分析，所述距平分析法包括求解距平百分率和累计距平分析，判断矿井中各个关键地点的地应力大小同常年平均状态的偏离程度并根据偏离程度划分动力灾害危险等级；
距平分析法步骤为：先选取某一年内、某几年内、某几十年内构成的时间序列下，所有样本的地应力数值并求和，接着除以总样本数得到序列平均值；然后通过距平百分率计算所有样本的距平百分率，研究地应力时序变化的持续性，根据历史突出资料将地应力距平百分率划分为4个等级，小于10％的为平稳期，定义为无灾的；10％～30％为育突期，定义为轻灾的；30％～50％为易突期，定义为中灾的；大于50％为突出期，定义为重灾的；最后根据累计距平法将该时间序列下的所有样本的距平值累加，得到地应力累计距平曲线，反映地应力阶段性变化特征。
在同化模型中进行煤层的模拟预开挖，同样对模拟预开挖过程产生的数据流进行距平百分率分析及累计距平分析，进而从持续性和阶段性角度把握未来开采过程中地应力的整体变化趋势与突变特征；
将同化模型数据与建立的动力灾害危险程度等级进行比较，根据距平百分率对比划分等级，得到预开挖煤层的突出危险等级，根据累计距平曲线的上下起伏得到地应力距平值的增减演变，根据累计距平曲线的绝对值最大值得到发生突变的大致时间；
针对动力灾害危险等级中的轻灾、中灾和重灾三种情况，综合考虑动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度，建立动力灾害危险等级评估指标，进一步评价预开挖煤层动力灾害时空变化特征，从而预测矿井采掘全生命周期中应力场的时空演化规律。
所述动力灾害包括突出事故、冲击地压等，主要是由地应力因素导致的，即“地应力主导型”事故。
进一步，利用下式计算距平百分率：
Figure BDA0003567450080000081
其中，Pa为地应力距平百分率，Pi为某时段某点处的地应力值大小，
Figure BDA0003567450080000082
为计算时段内某点处同期时间段内的平均地应力值大小，n为计算时段长，可以根据不同时间尺度来确定其具体数值，与n所表示的时间段保持一致即为同期，若n指的是月，那i就是1-12；n若指的是过去20年，那i就是1-20。
利用下式计算累计距平序列：
Figure BDA0003567450080000083
其中，LPi为平均地应力累计距平。
根据矿井未来所有回采区段和关键巷道的生产接替顺序，依次执行未来所有回采区段和关键巷道的开挖作业，计算矿井今后采掘施工过程中的一系列关键点的地应力参数的演化过程，结合历史上发生煤与瓦斯突出及冲击地压地点的应力演化规律，预测冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害；具体地，构建三个动力灾害危险程度评估指标，动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度；
动力灾害频率fi表征第i个测点在时段内发生动力灾害，即危险等级达到轻灾、中灾和重灾的测点视为发生了动力灾害的频繁程度：
Figure BDA0003567450080000084
n为第i个测点发生动力灾害的时长，N为第i个测点连续监测的总时长；
动力灾害密度Dj表征某一区域范围内在特定时段内发生动力灾害的测点数量占总测点数量的比例：
Figure BDA0003567450080000085
m为发生动力灾害的测点数量，M为某一区域内所有测点的数量，j为某一时段；
动力灾害强度I用于评价动力灾害严重程度：
Figure BDA0003567450080000091
|Ii|表示某一区域范围内各测点的动力灾害危险程度等级，|Ii|＝1、2、3，利用i区分的是测点，第i个测点是轻灾，对应|Ii|＝1，第i个测点是中灾，对应|Ii|＝2，第i个测点是重灾，对应|Ii|＝3。
建立等比例同化模型，以某一典型巷道为例，提取该巷道多个关键地点建井至今历年的地应力历史模拟数据构成时序数据序列，求得各个关键地点的地应力要素的年距平百分率，以历史实际突出点所对应的模型中关键地点的距平百分率为基准，建立动力灾害危险等级判别标准，突出关键点的距平百分率对应最高一级，其下三级为等距划分距平率范围，由此建立四级判别标准；根据各个关键点的历年地应力数据与平均值可以求得历年的距平值，进而绘制累计距平曲线，根据累计距平统计量绝对值最大确定突变时间，并计算突变时间的信噪比以检验突变是否达到标准，若达标则可认为累计距平曲线法的适用性良好，可以用于地应力要素变化及趋向的判断分析；根据矿井未来所有回采区段和关键巷道的生产接替顺序，依次执行未来所有回采区段和关键巷道的开挖作业，计算矿井今后采掘施工过程中的一系列关键点的地应力参数的演化过程，对模拟数据进行距平分析，得到各关键点的距平百分率，对比四级判别标准，得出对应的危险等级并赋以对应的0-3的数值，代入三个评估指标中，从频率、密度、强度多方面综合预估未来采掘扰动下的动力灾害危险等级。

Claims (8)

1.一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于步骤为：
收集矿井的历史监测数据，包括建井至今关键地点多年的地应力历史模拟数据以及矿山企业历史监测资料作为背景值；
利用历史数据生成同化模型运算地应力大小数据，数据包括了历史监测得来的地应力数据和同化模型运算得来的地应力数据；
针对地应力数据运用距平分析法对矿井地应力场中各个关键地点在演化历史进行分析，所述距平分析法包括求解距平百分率和累计距平分析，判断矿井中各个关键地点的地应力大小同常年平均状态的偏离程度并根据偏离程度划分动力灾害危险等级；
在同化模型中进行煤层的模拟预开挖，同样对模拟预开挖过程产生的数据流进行距平百分率分析及累计距平分析，进而从持续性和阶段性角度把握未来开采过程中地应力的整体变化趋势与突变特征；
将同化模型数据与建立的动力灾害危险程度等级进行比较，根据距平百分率对比划分等级，得到预开挖煤层的突出危险等级，根据累计距平曲线的上下起伏得到地应力距平值的增减演变，根据累计距平曲线的绝对值最大值得到发生突变的大致时间；
针对动力灾害危险等级中的轻灾、中灾和重灾三种情况，综合考虑动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度，建立动力灾害危险等级评估指标，进一步评价预开挖煤层动力灾害时空变化特征，从而预测矿井采掘全生命周期中应力场的时空演化规律。
2.根据权利要求1所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于：数据背景值包括煤矿企业建井以来至今所记录的全部历史资料以及矿山等比例同化模型进行历史反演过程中按需要所提取的数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于等比例同化模型的建立过程步骤为：
a1搜集全矿井地质勘探钻孔详细资料、采掘工程平面图、井上下对照图、钻孔数据以及煤层底板等高线信息，利用FLAC3D软件或3DEC软件建立三维全仿真计算模型，全矿井的三维全仿真计算模型中的信息包括：各特征岩层，煤层、采面、巷道、地应力场；并通过查询到的钻孔资料获取煤岩层分布情况，将岩层整合为若干特征岩层，所述特征岩层的整合归类具体为：岩性相同或相似的同一类或类似岩层，根据钻孔数据进行岩性划分，若两同类岩层之间存在其余岩性的薄层，则将其忽略，归为该特征岩层中；根据地质报告数据获取各特征岩层力学性质信息，给三维全仿真计算模型施加约束边界后运算模型至初始应力平衡状态进行试运算；
a2根据全矿井已完成的回采区段和关键巷道的施工接替顺序，对生成的三维全仿真计算模型进行历史反演，依次执行全矿井所有回采区段和关键巷道的开挖作业，保证数值模拟中的采掘接替顺序和历史真实顺序相同，实现矿井采掘接替反演，完成最终计算得到煤矿现如今的采掘应力场分布规律；
a3完成历史反演后，进行历史进程与当前状态双同化，调取地应力监测点数据、矿井突出卡片信息、岩层移动观测数据历史资料，对比反演过程中模型中一系列相同地点的模拟数据偏差程度，同时对未进行开采活动的区域进行现场地应力实测，提取模型中对应实测地点的位置数据，判断偏差程度，不断修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向，使数据偏差程度保持在10％以内时同化完毕。
4.根据权利要求3所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于修正反演过程中煤岩体力学性参数及地应力大小与方向的步骤为：首先建立一个小型简化数值模型，进行模拟开挖，采用与大模型相同的数值计算参数，根据小模型模拟开挖过程中的应力分布规律及围岩变形规律，修改模型的内聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比力学参数，直至数值模拟结果与现场实测规律保持一致；然后为采用第一个过程所确定的力学参数带入大模型进行运算，在此过程中由于应力数值与赋存环境变化，应力分布规律以及围岩变形可能会与小模型存在偏差，此时再进行参数修正，使得大模型的力学分布规律与变形规律与现场实测一致，完成同化。
5.根据权利要求1所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于距平分析法步骤为：先选取某一年内、某几年内、某几十年内构成的时间序列下，所有样本的地应力数值并求和，接着除以总样本数得到序列平均值；然后通过距平百分率计算所有样本的距平百分率，研究地应力时序变化的持续性，根据历史突出资料将地应力距平百分率划分为4个等级，小于10％的为平稳期，定义为无灾的；10％～30％为育突期，定义为轻灾的；30％～50％为易突期，定义为中灾的；大于50％为突出期，定义为重灾的；最后根据累计距平法将该时间序列下的所有样本的距平值累加，得到地应力累计距平曲线，反映地应力阶段性变化特征。
6.根据权利要求1所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于：所述动力灾害包括突出事故、冲击地压等，主要是由地应力因素导致的，即“地应力主导型”事故。
7.根据权利要求1所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于利用下式计算距平百分率：
Figure FDA0003567450070000031
其中，Pa为地应力距平百分率，Pi为某时段某点处的地应力值大小，
Figure FDA0003567450070000032
为计算时段内某点处同期时间段内的平均地应力值大小，n为计算时段长，可以根据不同时间尺度来确定其具体数值，与n所表示的时间段保持一致即为同期，若n指的是月，那i就是1-12；n若指的是过去20年，那i就是1-20。
利用下式计算累计距平序列：
Figure FDA0003567450070000035
其中，LPi为平均地应力累计距平。
8.根据权利要求1所述的一种基于地应力场反演数值距平分析的矿井动力灾害预估方法，其特征在于：根据矿井未来所有回采区段和关键巷道的生产接替顺序，依次执行未来所有回采区段和关键巷道的开挖作业，计算矿井今后采掘施工过程中的一系列关键点的地应力参数的演化过程，结合历史上发生煤与瓦斯突出及冲击地压地点的应力演化规律，预测冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害；具体地，构建三个动力灾害危险程度评估指标，动力灾害频率、动力灾害密度、动力灾害强度；
动力灾害频率fi表征第i个测点在时段内发生动力灾害，即危险等级达到轻灾、中灾和重灾的测点视为发生了动力灾害的频繁程度：
Figure FDA0003567450070000033
n为第i个测点发生动力灾害的时长，N为第i个测点连续监测的总时长；
动力灾害密度Dj表征某一区域范围内在特定时段内发生动力灾害的测点数量占总测点数量的比例：
Figure FDA0003567450070000034
m为发生动力灾害的测点数量，M为某一区域内所有测点的数量，j为某一时段；
动力灾害强度I用于评价动力灾害严重程度：
Figure FDA0003567450070000041
|Ii|表示某一区域范围内各测点的动力灾害危险程度等级，|Ii|＝1、2、3，利用i区分的是测点，第i个测点是轻灾，对应|Ii|＝1，第i个测点是中灾，对应|Ii|＝2，第i个测点是重灾，对应|Ii|＝3。
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