CN116822418B - 一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法及系统。该方法中，根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带，并在目标识别带内划分层关键层，且确定每层关键层的特征参数；根据关键层的特征参数，分别获取层关键层的识别参数；基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层关键层的识别参数，确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位，以快速、精准的识别煤矿的目标压裂工作面上覆潜在诱发矿震或冲击地压的致灾岩层层位，为地面水力压裂施工中压裂层位选择提供理论支撑，避免盲目压裂造成的资源浪费与重复施工，保证了压裂效果，提高了压裂施工效率，保障了井下工作面的安全高效生产。

Description

一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法及系统

技术领域

本申请涉及煤矿安全技术领域，特别涉及一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法及系统。

背景技术

煤矿工作面上覆厚硬岩层是影响冲击地压发生的主要因素之一，其发生的主要原因是厚硬岩层集聚的大量弹性能伴随覆岩运动过程的瞬时释放，从而导致矿震或冲击地压的发生，严重威胁着人民的生命财产安全。

地面水力压裂技术可以从源头上缓解工作面上覆高位厚硬岩层运动诱发矿震或冲击地压问题，达到煤矿“防冲减震”目的。但由于该技术应用于煤矿防治动力灾害的历史较短，现有的地面水力压裂防治煤矿动力灾害理论体系尚不完善，尤其是对于压力施工中首要关键问题——施工层位选择亟待深入探究，准确识别煤矿地面水力压裂技术施工中覆岩主控致灾层位具有十分重要的工程意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，包括：步骤S101、根据 获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标 识别带，并在所述目标识别带内划分层关键层，且确定每层所述关键层的特征参数；其 中，为正整数；步骤S102、根据所述关键层的特征参数，分别获取层所述关键层的识 别参数；步骤S103、基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层所述关键层的 识别参数，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位。

优选的，在步骤S101中，所述获取的目标压裂工作面的地质采矿数据包括：至少获取所述目标压裂工作面的煤层赋存条件、采煤方法、钻孔柱状图。

优选的，在步骤S101中，所述，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识 别带包括：确定所述目标压裂工作面的覆岩的直接顶边界至覆岩最大采动破裂边界间岩层 为所述覆岩致灾层位的目标识别带;

其中，

；

式中，为所述目标压裂工作面的覆岩直接顶高度，为所述目标压裂工作面 的覆岩的最大采动破裂高度。

优选的，在步骤S102中，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的矿震识别参数；其中，为第层所述关键层 运动过程中震动波释放效率；为第层所述关键层的自重及其上部所述关键层附加单 位长度折算载荷，为第层所述关键层的初次破断步距；为第层所述关键层的悬 空跨度；为第层所述关键层的弹性模量；为第层所述关键层的岩层厚度；

对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层 所述关键层的矿震识别参数，确定所述目标压裂工作面的矿震致灾层位。

优选的，在步骤S102中，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的致冲识别参数；其中，为矿震波的传播 速度；第层所述关键层运动引发矿震的能量作用系数；为第层所述关键层运动 过程中震动波释放效率；为第层所述关键层的自重及其上部所述关键层附加单位长 度折算载荷，为第层所述关键层的初次破断步距；为第层所述关键层的悬空跨 度；为地震波传播途径煤岩体的平均介质密度；为第层所述关键层的运动矿震波 衰减系数；为第层所述关键层的运动震源点至所述目标压裂工作面的距离；为第层所述关键层的弹性模量；为第层所述关键层的岩层厚度；

对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层所 述关键层的致冲识别参数，确定所述目标压裂工作面的冲击地压致灾层位。

优选的，在步骤S103中，响应于所述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层 的层数，按照公式：

；

确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位;其中，为第层所述关键层的识 别参数,，为正整数。

优选的，在步骤S103中，响应于所述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层 的层数N>2，确定对层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数；其中，为正整数；

按照公式：

；

确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位；

其中,为第层关键层的识别参数,，为对个所述关键层 进行聚类时的第个簇内的所述关键层的个数，为第个簇对应的所述关键层的识别参 数的集合，为正整数。

优选的，所述确定对层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数包括：根据所 述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层的层数，确定对个所述关键层进行聚 类时的聚类簇族数，以确定层所述关键层的误差平方和；其中，为正整数；响应于 所述聚类簇族数，按照公式：

；

确定所述误差平方和随所述聚类簇族数的变化率；其中，为所述聚 类簇族数时的误差平方和，为所述聚类簇族数时的误差平方和；

将所述变化率与预设降幅阈值进行比较，确定个所述关键层进行聚类 时的最佳聚类簇族数；响应于所述聚类簇族数K>2，基于K-means聚类分析方法及肘部 法则，确定层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数。

本申请实施例还提供一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统，包括：初始 参数单元，配置为根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定所述目标压裂工作面 的覆岩致灾层位的目标识别带，并在所述目标识别带内划分层关键层，且确定每层所述 关键层的特征参数；其中，为正整数；识别参数单元，配置为根据所述关键层的特征参 数，分别获取层所述关键层的识别参数；致灾层位识别单元，配置为基于预先构建的煤 矿覆岩致灾层位识别模型，根据层所述关键层的识别参数，确定所述目标压裂工作面的 覆岩致灾层位。

有益效果：

本申请实施例提供的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法中，基于目标压裂 工作面的地质采矿数据，确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带，在目标识别 带内划分层关键层，并根据每层关键层的特征参数，确定每层关键层的识别参数，以通 过构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位，以快速、精准 的识别煤矿的目标压裂工作面上覆潜在诱发矿震或冲击地压的致灾岩层层位，为地面水力 压裂施工中压裂层位选择提供理论支撑，避免盲目压裂造成的资源浪费与重复施工，保证 了压裂效果，提高了压裂施工效率，保障了井下工作面的安全高效生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法的流程示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法的逻辑示意图；

图3为根据本申请的一些实施例提供的关键层的划分逻辑示意图；

图4为根据本申请的一些实施例提供的一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在地面水力压裂技术应用于防治煤矿动力灾害中时，首要的关键问题是能够正确地识别并压裂覆岩主控致灾层位，其直接决定着煤矿“防冲减震”效果，同时，可避免盲目压裂施工造成的压裂效果不佳、资源浪费等问题。

基于此，本申请提出了一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，在充分获取压裂矿井地质和采矿数据的基础上，定位工作面上覆目标识别带范围，并基于覆岩致灾属性计算煤矿覆岩致灾层位的识别参数，随后，通过聚类分析方法对目标识别带内的关键层进行聚类识别，识别出对采场威胁较大的岩层或岩层组，籍以，快速、精准地识别煤矿工作面上覆潜在诱发矿震或冲击地压的致灾岩层层位，为地面水力压裂施工中压裂层位选择提供理论支撑。

如图1、图2所示，该矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法包括：

步骤S101、根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定目标压裂工作面的 覆岩致灾层位的目标识别带，并在所述目标识别带内划分层关键层（为正整数），且 确定每层关键层的特征参数。

其中，针对准备实施地面水力压裂措施的目标压裂工作面，获取包括工作面的煤层赋存条件、采煤方法、钻孔柱状图、地质构造和支护设计、工作面布置详情等矿井地质、采矿相关数据。

在煤矿开采中，直接顶岩层为会随着工作面随采随落，因此不具备大范围悬顶发生初次破断运动释放能量的条件，也就是说，不具备矿震发生条件，但是，随着井下工作面开采面积的增大，覆岩会发生初次破断运动、周期破断运动、回转或滑移沉降运动，运动过程中伴随着能量的释放，其中，覆岩初次破断运动释放的能量最大，而大范围悬顶条件下的初次破断运动释放的大量能量，会对采场工作面产生影响，具体的，覆岩运动释放的矿震能量经传播衰减后会对采场工作面产生等效扰动附加应力，导致采场工作面的应力集中水平提高，从而增大了采场工作面的冲击危险性。

基于此，本申请中，通过煤层赋存条件和采煤方法确定工作面采高、工作面面长，通过钻孔柱状图确定工作面上覆岩层的分布情况，以此确定标压裂工作面的覆岩致 灾层位的目标识别带。具体的，确定述目标压裂工作面的覆岩的直接顶边界至覆岩最大采 动破裂边界间岩层为覆岩致灾层位的目标识别带，其中，

；

式中，为目标压裂工作面的覆岩直接顶高度，为目标压裂工作面的覆岩的 最大采动破裂高度。

；

也就是说，目标压裂工作面的覆岩直接顶高度为2~3倍的工作面采高，目标压 裂工作面的覆岩的最大采动破裂高度为回采工作面倾向长度（即采空区短边长度）的 0.5倍。

当采场上覆岩层中存在多个岩层时，对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层，覆岩中的关键层一般为厚度较大的硬岩层，但覆岩中的厚硬岩层不一定都是关键层，关键层判别的主要依据是其变形和破断特征，即在关键层破断时，其上部全部岩层或局部岩层的下沉变形是相互协调一致的，前者成为岩层活动的主关键层，后者成为亚关键层，也就是说，关键层的断裂将导致全部或相当部分的上覆岩层产生整体运动。覆岩中的亚关键层可能不止一层，而主关键层只有一层。

本申请中，通过岩层的厚度、强度等岩层特征判断该岩层是否为关键层，具体的，基于关键层理论，将厚度大于10米，且硬度较大的岩层判断为关键层，且通过计算或试验，获取各关键层的厚度、弹性模量、悬跨宽度、初次破断步距等特征参数。

在一具体的例子中，在对潜在识别带进行关键层划分时，首先，由下往上确定覆岩中的坚硬岩层位置，在此，坚硬岩层指在变形中扰度小于其下部岩层，而不与其下部岩层协调变形的岩层，通过对坚硬岩层位置的判别，得到覆岩中硬岩层位置及其所控软岩层组。

然后，计算各硬岩层的判断距。其中，硬岩层破断句采空两端固支梁模型计算，具体的，按照公式：

；

确定第(为正整数）层硬岩层的破断距。其中，为第层硬岩层的厚度，为第层硬岩层的抗拉强度，为第硬岩层承受的载荷。

最后，按照预设原则对各硬岩层的破断距进行比较，确定关键层的位置。具体的， 若第(为正整数）层硬岩层的破断距小于其上部所有硬岩层的破断距，则第层硬岩 层为关键层。

若第层硬岩层的破断距大于其上部第层硬岩层的破断距，则将第层硬岩层承受的载荷加到第层硬岩层上，重新计算第层硬岩层的破断距，若重新 计算的第层硬岩层的破断距小于第层硬岩层的破断距，说明此时第层硬岩层 受控于第层硬岩层，即第层硬岩层破断前，第层硬岩层不破断，一旦第层硬岩层破断，其载荷作用于第层硬岩层上，导致第层硬岩层随之破断，因而，取，即原第层硬岩层为关键层。

从最下一层硬岩层开始逐层向上判别<是否成立，当>时，重新计 算第层硬岩层的破断距，依次循环，完成对关键层的划分，如图3所示。

步骤S102、根据关键层的特征参数，分别获取层关键层的识别参数。

本申请中，通过定义矿震关键层（矿震致灾层位）和致冲关键层（冲击地压致灾层位），对煤矿开采过程中由于覆岩运动导致的矿震灾害或者冲击地压灾害进行区分和定位。其中，矿震关键层包括覆岩运动释放矿震能量相对较大的单层或多层关键层。致冲关键层包括覆岩运动引发井下采掘空间等效附加扰动应力相对较大的单层或多层关键层。

在此，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的矿震识别参数；

其中，为第层所述关键层运动过程中震动波释放效率；为第层所述关 键层的自重及其上部所述关键层附加单位长度折算载荷，为第层所述关键层的初次 破断步距；为第层所述关键层的悬空跨度；为第层所述关键层的弹性模量； 为第层所述关键层的岩层厚度。

按照公式：

；

分别确定层所述关键层的致冲识别参数；

其中，为矿震波的传播速度；第层所述关键层运动引发矿震的能量作 用系数；为第层所述关键层运动过程中震动波释放效率；为第层所述关键层的 自重及其上部所述关键层附加单位长度折算载荷，为第层所述关键层的初次破断步 距；为第层所述关键层的悬空跨度；为地震波传播途径煤岩体的平均介质密度；为第层所述关键层的运动矿震波衰减系数；为第层所述关键层的运动震源点 至所述目标压裂工作面的距离；为第层所述关键层的弹性模量；为第层所述关 键层的岩层厚度。

步骤S103、基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层关键层的识别 参数，确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位。

本申请中，覆岩致灾层位包含矿震致灾层位和冲击地压致灾层位，分别根据层 关键层的矿震识别参数、致冲识别参数，基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，确定 目标压裂工作面的矿震致灾层位和冲击地压致灾层位。

具体的，响应于目标压裂工作面的目标识别带内关键层的层数按照公式：

；

确定目标压裂工作面的覆岩致灾层位；其中，为第层所述关键层的识别参 数,，为正整数。

响应于目标压裂工作面的目标识别带内关键层的层数N>2，确定对个关键层进 行聚类时的最佳聚类簇族数。确定聚类后各簇之间的差异性（由关键层的识别参数均 值进行表征）后，按照公式：

；

确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位；

其中,为第层关键层的识别参数,，为对个所述关键层 进行聚类时的第个簇内的所述关键层的个数，为第个簇对应的所述关键层的识别参 数的集合，为正整数。

在确定对个关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数时，根据目标压裂工作面 的目标识别带内关键层的层数，确定对个关键层进行聚类时的聚类簇族数（为 正整数），遍历所有值，确定层关键层的误差平方和（）。具体的，按照公式：

；

确定层关键层的误差平方和；其中，为的质心。

接着，根据计算的层关键层的误差平方和与聚类簇族数，得到误差 平方和随聚类簇族数的变化折线图（折线图），进而，在 折线图中确定最佳聚类簇族数。

具体的，当聚类簇族数，按照公式：

；

确定误差平方和随聚类簇族数的变化率；其中，为所述聚类簇族数时的误差平方和，为所述聚类簇族数时的误差平方和。也就是说， 在对煤矿覆岩致灾层位进行识别时，分别从矿震致灾以及冲击地压致灾两个角度进行识 别。即确定聚类簇族数时矿震识别参数的误差平方和、聚类簇族数时矿震识别参数的误差平方和，进而

按照公式：

；

确定矿震识别参数的误差平方和随聚类簇族数的变化率；

同样的，按照公式：

；

确定致冲识别参数的误差平方和随聚类簇族数的变化率；其中，为聚类簇族数时致冲识别参数的误差平方和；为聚类 簇族数时致冲识别参数的误差平方和。

接着，将变化率与预设降幅阈值进行比较，确定个关键层进行聚类时的 最佳聚类簇族数。即分别从矿震致灾以及冲击地压致灾两个角度，将矿震致灾对应的 变化率、以及冲击地压致灾对应的变化率分别与预设降幅阈值进行比较，分别 确定矿震致灾对应的最佳聚类簇族数以及冲击地压致灾对应的最佳聚类簇族数。

当>时，误差平方和的降幅较小，聚类簇族数的增加并未改善聚类效果， 选择最为最佳聚类簇族数，即；当时，误差平方和的降幅显 著，较大的聚类簇族数能够具有更好的聚类效果，选择最为最佳聚类簇族数 ，即。

当聚类簇族数>2，基于K-means聚类分析方法及肘部法则，确定个关键层进 行聚类时的最佳聚类簇族数。具体的，基于K-means聚类分析方法，将个关键层聚为簇，然后，在折线图中，基于肘部法则确定最佳聚类簇族数。若值 理想，则对划分的个聚类簇进行再次聚类，若值不理想，则保留识别参数均值大于 设定参数均值的聚类簇，根据保留的聚类簇中识别参数均值最大的簇内的关键层层数，对 关键层的层数进行更新，确定层数更新后的关键层的识别参数，重新确定最佳聚类 簇族数。在此，按照公式：

；

确定第个簇对应的关键层的识别参数均值。

进一步的，通过现场微震监测对识别出的覆岩致灾层位进行验证。具体的，通过现场得到的最大微震事件能量、大能量微震事件频率、大能量微震事件分布层位等监测数据，对识别出的覆岩致灾层位进行验证，说明通过本申请的识别方法，能够快速、精准地识别煤矿工作面上覆潜在诱发矿震或冲击地压的致灾岩层层位，为地面水力压裂施工中压裂层位选择提供理论支撑，避免盲目压裂造成资源浪费与重复施工，保证了压裂效果，提高了压裂施工效率，保障了井下工作面的安全高效生产。需要说明的是，大能量微震事件的划分依据煤矿的不同而不同。

图4为根据本申请的一些实施例提供的一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统的结构示意图，如图4所示，该矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统包括：初始参数单元401、识别参数单元402和致灾层位识别单元404。

其中，初始参数单元401，配置为根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确 定目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带，并在目标识别带内划分层关键层（为正整数），且确定每层关键层的特征参数；识别参数单元402，配置为根据关键层的特 征参数，分别获取层关键层的识别参数；致灾层位识别单元404，配置为基于预先构建的 煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层关键层的识别参数，确定目标压裂工作面的覆岩致 灾层位。

本申请实施例提供的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统能够实现上述任一矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法实施例的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，包括：

步骤S101、根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带，并在所述目标识别带内划分层关键层，且确定每层所述关键层的特征参数；其中，/>为正整数；

步骤S102、根据所述关键层的特征参数，分别获取层所述关键层的识别参数；

步骤S103、基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层所述关键层的识别参数，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位；

其中，在步骤S102中，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的矿震识别参数/>；对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据/>层所述关键层的矿震识别参数，确定所述目标压裂工作面的矿震致灾层位；

在步骤S102中，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的致冲识别参数/>；对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据/>层所述关键层的致冲识别参数，确定所述目标压裂工作面的冲击地压致灾层位；

式中，为第/>层所述关键层运动过程中震动波释放效率；/>为第/>层所述关键层的自重及其上部所述关键层附加单位长度折算载荷，/>为第/>层所述关键层的初次破断步距；为第/>层所述关键层的悬空跨度；/>为第/>层所述关键层的弹性模量；/>为第/>层所述关键层的岩层厚度；

为矿震波的传播速度；/>为第/>层所述关键层运动引发矿震的能量作用系数；/>为地震波传播途径煤岩体的平均介质密度；/>为第/>层所述关键层的运动矿震波衰减系数；为第/>层所述关键层的运动震源点至所述目标压裂工作面的距离。

2.根据权利要求1所述的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，在步骤S101中，所述获取的目标压裂工作面的地质采矿数据包括：

至少获取所述目标压裂工作面的煤层赋存条件、采煤方法、钻孔柱状图。

3.根据权利要求2所述的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，在步骤S101中，所述，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带包括：

确定所述目标压裂工作面的覆岩的直接顶边界至覆岩最大采动破裂边界间岩层为所述覆岩致灾层位的目标识别带;

其中，

；

式中，为所述目标压裂工作面的覆岩直接顶高度，/>为所述目标压裂工作面的覆岩的最大采动破裂高度。

4.根据权利要求1所述的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，在步骤S103中，

响应于所述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层的层数，按照公式：

；

确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位;

其中，为第/>层所述关键层的识别参数,/>，/>为正整数。

5.根据权利要求1所述的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，在步骤S103中，

响应于所述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层的层数，确定对/>层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数/>；其中，/>为正整数；

按照公式：

；

确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位;

其中,为第/>层关键层的识别参数,/>，/>为对/>个所述关键层进行聚类时的第/>个簇内的所述关键层的个数，/>为第/>个簇对应的所述关键层的识别参数的集合，/>为正整数。

6.根据权利要求5所述的矿震矿井地面水力压裂施工层位识别方法，其特征在于，所述确定对层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数包括：

根据所述目标压裂工作面的目标识别带内所述关键层的层数，确定对/>个所述关键层进行聚类时的聚类簇族数/>，以确定/>层所述关键层的误差平方和；其中，/>为正整数；

响应于所述聚类簇族数，按照公式：

；

确定所述误差平方和随所述聚类簇族数的变化率/>；其中，/>为所述聚类簇族数时的误差平方和，/>为所述聚类簇族数/>时的误差平方和；

将所述变化率与预设降幅阈值/>进行比较，确定/>个所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数/>；

响应于所述聚类簇族数，基于K-means聚类分析方法及肘部法则，确定/>层所述关键层进行聚类时的最佳聚类簇族数/>。

7.一种矿震矿井地面水力压裂施工层位识别系统，其特征在于，包括：

初始参数单元，配置为根据获取的目标压裂工作面的地质采矿数据，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位的目标识别带，并在所述目标识别带内划分层关键层，且确定每层所述关键层的特征参数；其中，/>为正整数；

识别参数单元，配置为根据所述关键层的特征参数，分别获取层所述关键层的识别参数；

致灾层位识别单元，配置为基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据层所述关键层的识别参数，确定所述目标压裂工作面的覆岩致灾层位；

其中，按照公式：

；

分别确定层所述关键层的矿震识别参数/>；对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据/>层所述关键层的矿震识别参数，确定所述目标压裂工作面的矿震致灾层位；

按照公式：

；

分别确定层所述关键层的致冲识别参数/>；对应的，步骤S103包括：基于预先构建的煤矿覆岩致灾层位识别模型，根据/>层所述关键层的致冲识别参数，确定所述目标压裂工作面的冲击地压致灾层位；

式中，为第/>层所述关键层运动过程中震动波释放效率；/>为第/>层所述关键层的自重及其上部所述关键层附加单位长度折算载荷，/>为第/>层所述关键层的初次破断步距；为第/>层所述关键层的悬空跨度；/>为第/>层所述关键层的弹性模量；/>为第/>层所述关键层的岩层厚度；

为矿震波的传播速度；/>为第/>层所述关键层运动引发矿震的能量作用系数；/>为地震波传播途径煤岩体的平均介质密度；/>为第/>层所述关键层的运动矿震波衰减系数；为第/>层所述关键层的运动震源点至所述目标压裂工作面的距离。