本發明涉及煤礦水害防治，具體為一種煤層底板突水危險性分析預警方法。

背景技術：

1、煤層是煤礦開采的主要對象，而煤層底板突水是煤礦開采過程中極具危險性的災害之一。在煤炭開采作業中，隨著開采活動的持續推進，煤層底板可能會面臨突水的威脅。這種突水災害可能會導致井下作業人員生命安全受到嚴重威脅、大量煤炭資源被水淹沒無法開采以及開采設備損壞等一系列嚴重后果，極大地影響煤礦的正常生產和運營，因此，對煤層底板突水危險性進行分析預警至關重要。

2、傳統的煤層底板突水危險性分析通常通過突水系數法，即通過含水層水壓與隔水層厚度的簡單比值關系來判斷突水危險性。然而，這種方法忽略了許多其他關鍵因素，如地質構造的復雜性、煤層采動對底板的破壞程度以及含水層和隔水層的物理力學性質變化等。在復雜地質條件下，僅僅依據突水系數法無法準確評估突水的真實風險，可能導致誤判，使得煤礦在實際開采過程中面臨未被準確預警的突水危險。

3、為了解決上述缺陷，現提供一種技術方案。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種煤層底板突水危險性分析預警方法，以解決上述背景提出的問題。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種煤層底板突水危險性分析預警方法，包括以下步驟：

3、步驟一、區域劃分與地層剖析：獲取目標礦井的采煤工作面區域，并按照均勻設定的劃分方式對采煤工作面區域進行劃分得到各采煤工作面區域，通過地質勘探技術對目標礦井的各采煤工作面區域對應的地層進行剖面分析，由此得到目標礦井的各采煤工作面區域對應的地層層序，其中，地層層序包括但不限于煤層、隔水層、含水層；

4、步驟二、地質構造監測分析：對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的地質構造參數進行監測，進而分析得到地質構造層面對應的影響評估指數；

5、進一步的，所述對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的地質構造參數進行監測，具體執行步驟如下：

6、通過硬度測試儀對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的巖石硬度進行檢測，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的巖石硬度，標記為i表示為各采煤工作面區域的編號，i＝1,2,....,m，m表示為采煤工作面區域編號的總數，j表示為各監測時間點的編號，j＝1,2,....,n，n表示為監測時間點編號的總數；

7、通過裂隙探測儀對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的裂隙密度進行檢測，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的裂隙密度，標記為

8、通過地質雷達對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的斷層發育程度進行檢測，得到目標礦井的各采煤工作面區域在對應當前監測時段中各監測時間點的斷層發育程度，標記為

9、依據公式計算出目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的地質狀態符合指數e表示為自然常數，yd'、md'、dy'分別表示為設定的參考巖石硬度、參考裂隙密度、參考斷層發育程度，δyd、δmd、δdy分別表示為設定的允許巖石硬度差、允許裂隙密度差、允許斷層發育程度差，a1、a2、a3分別表示為設定的權重因子；

10、將目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的地質狀態符合指數進行平均值計算，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的平均地質狀態符合指數，標記為ηi，同時將目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的平均地質狀態符合指數與設定的平均地質狀態符合指數進行作差計算，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的地質狀態符合指數差，并從目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的地質狀態符合指數差中提取最大地質狀態符合指數差，標記為

11、依據公式計算出采煤工作面區域對應當前監測時段的地質均穩度γ，η'、ηmax'分別表示為設定的參考平均地質狀態符合指數、參考最大地質狀態符合指數差，a4、a5分別表示為設定的權重因子；

12、從各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的地質狀態符合指數中分別提取第一個監測時間點的地質狀態符合指數和最后一個監測時間點的地質狀態符合指數，分別標記為同時提取第一個監測時間點和最后一個監測時間點對應的監測間隔時長，標記為δt1；

13、依據公式計算出各采煤工作面區域對應的地質變化率κi；

14、依據公式計算出地質構造層面對應的影響評估指數ω地，γ’、κ’分別表示為設定的參考地質均穩度、參考地質平均變化率，a6、a7分別表示為設定的權值因子。

15、步驟三、水層影響監測分析：對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的水層參數進行監測，進而分析得到水層層面對應的影響評估指數；

16、進一步的，對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的水層參數進行監測，具體執行步驟為：

17、通過水壓監測儀對目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的含水層水壓進行檢測，得到目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的含水層水壓，標記為

18、通過鉆探法對目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的隔水層厚度進行檢測，得到目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的隔水層厚度，標記為

19、依據公式計算出目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的突水系數

20、從目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的突水系數中提取第一個監測時間點的突水系數，標記為依據公式計算出目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段的突水系數變化度σi，t'表示為設定的參考突水系數，表示為目標礦井第i個采煤工作面區域對應當前監測時段中第j-1個監測時間點的突水系數，b1、b2、b3分別表示為設定的權值因子；

21、通過穩定流抽水試驗對目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的含水層單位涌水量和含水層導水系數進行檢測，得到目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的含水層單位涌水量和含水層導水系數，分別標記為

22、依據公式計算出目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段的含水層富水性指數αi，q'表示為設定的參考含水層單位涌水量，表示為目標礦井第i個采煤工作面區域對應當前監測時段中第j-1個監測時間點的含水層單位涌水量，b4、b5分別表示為設定的影響因子；

23、依據公式計算出目標礦井各采煤工作面區域對應當前監測時段的含水層導水能力指數βi，dx'表示為設定的參考含水層導水系數，表示為目標礦井第i個采煤工作面區域對應當前監測時段中第j-1個監測時間點的含水層導水系數，b6、b7分別表示為設定的影響因子；

24、依據公式計算出水層層面對應的影響評估指數ω水，σ'、α'、β'分別表示為設定的參考突水系數變化度、參考含水層富水性指數和參考含水層導水能力指數，b8、b9、b10分別表示為設定的權值因子。

25、步驟四、煤層采動監測分析：對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的煤層采動參數進行監測，進而分析得到煤層采動層面對應的影響評估指數；

26、進一步的，對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的煤層采動參數進行監測，具體執行步驟如下：

27、從采煤機的工作記錄中獲取目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的開采速度，并從中提取最大開采速度和最小開采速度，分別記為vmax、vmin，同時提取最大開采速度和最小開采速度對應的監測時間點，進而獲取得到最大開采速度和最小開采速度對應監測間隔時長，記為δt2，依據公式計算出目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的開采速度變化率μi；

28、通過鉆孔窺視儀對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的裂縫發育的最大深度進行檢測，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的裂縫發育的最大深度，作為目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的采動破壞深度，將目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的采動破壞深度中各采煤工作面區域的采動破壞深度按照從大到小的順序進行排列，得到目標礦井對應當前監測時段中各監測時間點的采動破壞深度序列，并從中提取最大采動破壞深度、最小采動破壞深度，并計算平均采動破壞深度，由此得到目標礦井對應當前監測時段中各監測時間點的最大采動破壞深度、最小采動破壞深度和平均采動破壞深度的數值，并分別標記為依據公式計算出目標礦井對應當前監測時段中各監測時間點的采動破壞程度ψj，h0分別表示為設定的參考采動破壞深度，c1、c2、c3分別表示為設定的影響因子；

29、通過應力傳感器對目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的采動應力進行檢測，得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的采動應力，將目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段中各監測時間點的采動應力與設定的參考采動應力進行對比，當某監測時間點的采動應力小于設定的參考采動應力時，則將該監測時間點標記為正常監測時間點，反之，則將該監測時間點標記為異常監測時間點，由此統計得到目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的正常監測時間點的數量和異常監測時間點的數量，分別標記為zci、yci，依據公式計算出目標礦井的各采煤工作面區域對應當前監測時段的采動應力異常指數c4、c5分別表示為設定的影響因子；

30、依據公式計算出煤層采動層面對應的影響評估指數ω采，c6、c7、c8分別表示為設定的權值因子。

31、步驟五、煤層底板突水危險評估：基于地質構造層面對應的影響評估指數、水層層面對應的影響評估指數和煤層采動層面對應的影響評估指數對目標礦井對應煤層底板的突水危險評估系數進行分析，進而分析得到目標礦井對應煤層底板的突水危險評估系數；

32、進一步的，基于地質構造層面對應的影響評估指數、水層層面對應的影響評估指數和煤層采動層面對應的影響評估指數對目標礦井對應煤層底板的突水危險評估系數進行分析，具體分析方式如下：

33、依據公式計算出目標礦井對應煤層底板的突水危險評估系數d1、d2、d3分別表示為設定的質構造層面對應的影響評估指數、水層層面對應的影響評估指數和煤層采動層面對應的影響評估指數對應的權重因子；

34、將目標礦井對應煤層底板的突水危險評估系數與設定的各突水危險等級對應的突水危險評估系數閾值進行匹配，得到目標礦井對應煤層底板的突水危險等級。

35、步驟六、突水危險等級預警顯示：基于目標礦井對應煤層底板的突水危險等級進行相應的突水危險預警。

36、本發明的有益效果：

37、本發明通過根據地質均穩度和地質變化率進行地質構造層面影響的深度分析，計算得到地質構造層面對應的影響評估指數，實現了地質構造層面影響的多維度分析，進而為后續煤塵底板突水危險性評估提供更加可靠的數據支撐基礎。

38、本發明通過根據突水系數變化度、含水層富水性指數和含水層導水能力指數進行水層層面影響的分析，計算得到水層層面對應的影響評估指數，在一定程度上精確地反映水層對煤層底板突水危險性的影響，避免單一因素評估造成分析結果的誤差性。

39、本發明通過根據開采速度變化率、開采破壞程度和采動應力異常指數進行煤層采動層面影響的分析，計算得到煤層采動層面對應的影響評估指數，在一定程度上有效把握煤層采動對煤層底板突水危險性的影響，保障了煤層采動環節對煤層底板突水危險性分析的全面性和準確性。

40、本發明通過目標礦井地質構造層面對應的影響評估指數、水層層面對應的影響評估指數和煤層采動層面對應的影響評估指數進行綜合分析，得到目標礦井對應煤層底板的突水危險等級，并進行相應的預警，從一方面來說，彌補了當前技術中煤層底板突水預警分析結果的不足，使得突水危險性分析結果更具有準確性、全面性和可靠性。從另一方面來說，在很大程度上提升了礦井管理人員對煤層底板突水危險的覺察及時性和實時性，同時在最大程度上降低了礦井安全事故的發生率，為煤礦生產的連續性和人員安全提供了可靠的保障。