【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，屬于煤巖體損傷監測評估。
技術介紹
1、在煤炭工作面回采過程中，工作面前方0～20m范圍內的煤巖體會出現超前應力集中現象。這部分區域的煤巖體在頂板周期破斷和臨近工作面的采掘擾動下，會形成震源聚集的損傷區域。此外，由于回采工作面地質條件的復雜性和開采技術條件的困難性，會導致該損傷區域范圍擴大，損傷程度加劇，進而導致常規卸壓措施和支護措施無法滿足需求而誘發動力災害。由于目前針對于采煤工作面前方，因開采擾動形成損傷區域的范圍不清晰和損傷區域的損傷等級判定不準確，從而無法提前采取針對性的卸壓措施和支護措施，最終導致動力災害的發生。
2、因此，如何提供一種新的方法，使其能針對工作面前方損傷區域的損傷等級進行精準評估，以便根據評估后不同的損傷等級指導實施針對性的解危措施，從而降低工作面動力災害發生的概率和強度，保證采煤工作面的安全生產，是本行業的研究方向之一。
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，能針對工作面前方損傷區域的損傷等級進行精準評估，以便根據評估后不同的損傷等級指導實施針對性的解危措施，從而降低工作面動力災害發生的概率和強度，保證采煤工作面的安全生產。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，具體步驟為：
3、a、在煤炭開采工作面布置微震傳感器，收集工作面回采
4、b、對收集的微震信號進行震源定位，確定震源聚集區域，即工作面開采擾動下形成的各個損傷區域；
5、c、依據步驟a收集的微震信號，分別計算步驟b確定各個損傷區域回采過程中的微震s值，微震b值，微震f值及微震q值；
6、d、依據各個損傷區域回采過程中微震s值，微震b值，微震f值及微震q值的計算結果，將各項指標值對各個損傷區域的判定結果分別記為θ1i，θ2i，θ3i，θ4i；
7、e、依據整個回采階段的損傷區域各自四項指標值變化，采用熵權法賦予微震s值，微震b值，微震δf值及微震q值的權重分別為λ1，λ2，λ3，λ4；
8、f、基于各個損傷區域回采期間各項指標的權重與判定結果，計算損傷區域的綜合評價指數ψ；
9、g、步驟f計算得到的ψ值判定煤巖體損傷等級，具體為：①當0.3<ψ<0.5，結果為低損傷等級；②0.5≤ψ<0.7，評價結果為中損傷等級；③0.7≤ψ≤1，評價結果為高損傷等級。
10、進一步，所述步驟c中各項微震指標的具體計算過程如下：
11、微震s值：
12、
13、微震b值：
14、
15、微震f值：
16、
17、微震q值：
18、
19、上述各式中：n為工作面回采期間收集的微震信號數量；m表示微震信號的震級；e表示微震信號的能量；m′為所有微震信號中的最大震級；t表示每個指標計算區間的時間段；mi表示第ni個微震信號的震級；ei表示第ni個微震信號的能量；其中微震s值和微震f值與煤巖體損傷程度呈正相關，微震b值和微震q值與煤巖體損傷程度呈負相關。
20、進一步，所述步驟e中采用熵權法確定各項微震指標權重的具體過程為：
21、將回采階段四項指標的計算結果進行歸一化處理，正向指標微震s值和微震f值按照公式(5)處理，負向指標微震b值和微震q值按照公式(6)處理；
22、正向指標：
23、
24、負向指標：
25、
26、式中：aij表示初始樣本值，aij′表示標準化后樣本值。根據信息論中熵的定義，能得到第i個樣本的第j個指標的權重λj為：
27、
28、
29、
30、式中：pij為第i個樣本的第j個指標的比重；ej第i個樣本的第j個指標的熵值；n為樣本個數，y表示指標數目，本次取4；依據上述公式，計算獲得λ1，λ2，λ3，λ4各自的權重值。
31、進一步，所述步驟f按照公式(10)計算各損傷區域的綜合評價指數ψ：
32、
33、式中：θimax表示判定結果最大值(即θ1max為θ1i取值范圍內的最大值，θ2max為θ2i取值范圍內的最大值，θ3max為θ3i取值范圍內的最大值，θ4max為θ4i取值范圍內的最大值)，ψ的取值范圍為0.3<ψ≤1。
34、進一步，所述步驟b中微震定位前需要對震源信號進行篩選，剔除微震能量小于500j微震信號(且篩選門檻值應在500j～800j之間，環境噪聲越高，篩選門檻值越高)，保證所有微震信號均是煤巖體破裂釋放的彈性波，進而精準劃分損傷區域。
35、進一步，所述步驟d中微震s值，微震b值，微震f值及微震q值對采煤工作面損傷區域的判定結果，需要結合該煤礦已建立的微震數據庫(即已經回采完畢工作面的微震數據)，確定單一指標在不同損傷等級區域的取值范圍，從而確定θi的值；設定單一指標評價結果的低、中、高等級損傷對應值分別為1、2、3，即為θ1i，θ2i，θ3i，θ4i的取值范圍。
36、進一步，所述步驟e中在工作面開始回采前，結合該煤礦已建立的微震數據庫(即已經回采完畢工作面的微震數據)，采用熵權法計算各項指標的初始權重λ1，λ2，λ3，λ4；之后在整個回采過程中，在既有微震數據庫中持續加入當前工作面回采的微震數據，并持續采用熵權法重新計算各項指標的權重，從而對各項指標的初始權重進行實時更新。
37、與現有技術相比，本專利技術先收集工作面回采期間的微震信號，并對收集的微震信號進行震源定位，確定損傷區域；根據收集的微震信號，分別計算損傷區域回采過程中的微震s值，微震b值，微震f值及微震q值；并根據計算結果，獲得各項微震指標對各個損傷區域的判定結果；接著依據整個回采階段的四項指標值變化，采用熵權法賦予各項微震指標的權重；基于各個損傷區域回采期間各項指標的權重與判定結果，計算損傷區域的綜合評價指數ψ；最后根據ψ值判定各個損傷區域的煤巖體損傷等級；通過上述過程，使得本專利技術能針對工作面前方損傷區域的損傷等級進行精準評估，以便根據評估后不同的損傷等級指導實施針對性的解危措施，從而降低工作面動力災害發生的概率和強度，保證采煤工作面的安全生產。
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1.一種采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，具體步驟為：
2.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟C中各項微震指標的具體計算過程如下：
3.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟E中采用熵權法確定各項微震指標權重的具體過程為：
4.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟F按照公式(10)計算各損傷區域的綜合評價指數Ψ：
5.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟B中微震定位前需要對震源信號進行篩選，剔除微震能量小于500J的微震信號，保證所有微震信號均是煤巖體破裂釋放的彈性波，進而精準劃分損傷區域。
6.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟D中微震S值，微震b值，微震F值及微震Q值對采煤工作面損傷區域的判定結果，需要結合該煤礦已建立的微震數據庫，確定單一指標在不同損傷等級區域的取值
7.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟E中在工作面開始回采前，結合該煤礦已建立的微震數據庫，采用熵權法計算各項指標的初始權重λ1，λ2，λ3，λ4；之后在整個回采過程中，在既有微震數據庫中持續加入當前工作面回采的微震數據，并持續采用熵權法重新計算各項指標的權重，從而對各項指標的初始權重進行實時更新。
...【技術特征摘要】
1.一種采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，具體步驟為：
2.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟c中各項微震指標的具體計算過程如下：
3.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟e中采用熵權法確定各項微震指標權重的具體過程為：
4.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟f按照公式(10)計算各損傷區域的綜合評價指數ψ：
5.根據權利要求1所述采煤工作面煤巖體損傷等級判定的綜合評價方法，其特征在于，所述步驟b中微震定位前需要對震源信號進行篩選，剔除微震能量小于500j的微震信號，保證所有微震信號均是煤巖體破裂釋放的彈性波，進而精準劃分損傷區...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊景，王磊，唐勁舟，周坤友，卜宜順，闞吉亮，
申請(專利權)人：安徽理工大學，
類型：發明
國別省市：
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