[發(fā)明專利]含瓦斯煤巖體擴容關(guān)鍵影響因素及重要度確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310405301.8
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103454139A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝廣祥;胡祖祥
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京雙收知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11241
• 代理人: 王菊珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦深部開采災(zāi)害防控領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于試驗的、開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容關(guān)鍵影響因素及重要度確定方法。

背景技術(shù)

開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容是含瓦斯煤巖體受采動作用發(fā)生體積非線性膨脹變形的現(xiàn)象。工作面含瓦斯煤巖體發(fā)生擴容極易誘發(fā)煤與瓦斯突出事故發(fā)生，給安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

隨著采深的增加，工作面含瓦斯煤巖體擴容誘發(fā)煤與瓦斯突出事故越發(fā)嚴(yán)重，因此，控制含瓦斯煤巖體擴容應(yīng)弄清開采擾動條件下工作面含瓦斯煤巖體擴容的關(guān)鍵影響因素。特別是各因素對含瓦斯煤巖體擴容影響權(quán)重的排序分析。

目前，對開采擾動工作面的含瓦斯煤巖體擴容關(guān)鍵影響因素的客觀、有效的確定方法未見相關(guān)研究報道，而常用關(guān)鍵影響因素重要度的確定方法也是首先設(shè)計一套影響指標(biāo)體系，然后通過經(jīng)驗確定各因素的重要性進(jìn)行分析。由于這些決策因素相互關(guān)系復(fù)雜，且所需資料缺乏，其分析過程中常常包含著許多不確定性和隨機性，使分析結(jié)果失去了科學(xué)性和合理性，具體問題表現(xiàn)在：

（1）分析因素指標(biāo)的選取問題

含瓦斯煤巖體擴容是在應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一定值時，巖石的體積不但不縮小反而增大的一種力學(xué)現(xiàn)象，其關(guān)鍵影響因素較多。關(guān)鍵影響因素指標(biāo)設(shè)計者在設(shè)計分析因素體系時往往追求指標(biāo)的全面性，企圖追求指標(biāo)包含全部考察因素，其結(jié)果是使分析指標(biāo)體系過多甚至含有無效指標(biāo)。另外，無效指標(biāo)無法采取相應(yīng)辦法剔出，容易導(dǎo)致主要信息丟失而且影響了關(guān)鍵影響因素的權(quán)重分配。這要求對分析指標(biāo)體系進(jìn)行合理地篩選并采取措施剔出無效指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有一套方法來指導(dǎo)實際生產(chǎn)實踐中，無法確定哪些或哪個因素是重點或哪些或哪個因素可以忽略，這些因素例如包括：原巖應(yīng)力、瓦斯放散初速度、采動應(yīng)力集中系數(shù)、瓦斯壓力、含瓦斯煤巖體內(nèi)摩擦角、含瓦斯煤的抗壓強度，以及瓦斯含量。

（2）分析指標(biāo)體系中排序的客觀性

在權(quán)重分配問題上不同分析人員對同一問題的看法往往不同，具有很大的隨意性和主觀性，分析指標(biāo)體系的重要性排序缺乏客觀性和公正性。

發(fā)明內(nèi)容

為減少現(xiàn)有技術(shù)中通常采用主觀判斷來確定擴容關(guān)鍵影響因素所帶來的不準(zhǔn)確性，且避免無效因素過多而無法剔出，影響關(guān)鍵影響因素權(quán)重集的分配，本發(fā)明基于兩種試驗過程并采用模糊數(shù)學(xué)分析，提供了一種基于試驗的、開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容關(guān)鍵影響因素確定方法，包括：

步驟1、確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容的影響因素

步驟1.1、取不同地質(zhì)賦存條件煤樣，測試含瓦斯煤巖體應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析含瓦斯煤巖體體積應(yīng)變特征：

1）進(jìn)行強度試驗：測試不同瓦斯壓力下含瓦斯煤巖體的單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中采用荷載加載方式實現(xiàn)不同瓦斯壓力的加載，荷載加載過程的加壓壓差為0.5MPa；

2）進(jìn)行破壞變形試驗：測試不同瓦斯壓力下的含瓦斯煤巖體三軸應(yīng)力應(yīng)變曲線，觀測含瓦斯煤巖體破壞變形過程；

測試含瓦斯煤巖體三軸全應(yīng)力應(yīng)變曲線時，在含瓦斯煤巖體試樣上的不同方向設(shè)置應(yīng)變傳感器，測定含瓦斯煤巖體體積應(yīng)變，從而觀測含瓦斯煤巖體體積應(yīng)變由壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性膨脹拐點處的應(yīng)力，即擴容應(yīng)力；

步驟1.2、分析含瓦斯煤巖體單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線和三軸應(yīng)力應(yīng)變曲線和影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素，確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容的影響因素；

步驟2、分析煤巖體擴容應(yīng)力、體積應(yīng)變與所述影響因素之間關(guān)系，確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體各擴容關(guān)鍵影響因素；

步驟3、根據(jù)工作面含瓦斯煤巖體擴容特征，利用層次分析法原理，對各擴容關(guān)鍵影響因素進(jìn)行兩兩對比以確定判定矩陣：

步驟3.1、定義擴容關(guān)鍵影響因素集u=[u₁,u₂,u₃,...u_m]，其中u₁，u₂，u₃，…，u_m為各擴容關(guān)鍵影響因素，m為因素個數(shù)，為自然數(shù)；

步驟3.2、構(gòu)建所述評價因素集中各擴容關(guān)鍵影響因素相對重要性情況的判定矩陣

在上述矩陣中，統(tǒng)稱評價因素集時用大寫U，對于具體的某個評價因素用小寫u；

矩陣中的u_ij是根據(jù)利用層次分析法原理得到的U_i對U_j相對重要性的數(shù)量形式，其中，u_ij的數(shù)值是通過分析上述步驟1.1的試驗結(jié)果得到的對煤巖體擴容的影響程度而給予的相應(yīng)數(shù)值；