權(quán)利要求

1.基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)以斷層類型，斷層傾角，斷層落差及斷層分布復(fù)雜性作為礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的四個(gè)主控因素；

(2)運(yùn)用判斷矩陣對(duì)四個(gè)主控因素進(jìn)行重要性分析，并進(jìn)一步獲得每個(gè)主控因素的權(quán)重；

(3)構(gòu)建基于各主控因素權(quán)重的斷層突水系數(shù)計(jì)算方法；

(4)以礦區(qū)經(jīng)緯線為參照對(duì)整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分，剖分單元為規(guī)則正方形，剖分單元完成后進(jìn)一步逐個(gè)確定每個(gè)的剖分單元的優(yōu)勢(shì)斷層，每個(gè)單元只能確定一條優(yōu)勢(shì)斷層；

(5)利用分形理論分析每個(gè)剖分單元斷層分布的復(fù)雜性，獲得每個(gè)單元斷層分布復(fù)雜性的分維數(shù)；

(6)依據(jù)每個(gè)單元中斷層分布復(fù)雜性分維數(shù)及每個(gè)單元優(yōu)勢(shì)斷層的類型、落差及傾角的分級(jí)值，以步驟(3)中所構(gòu)造的突水系數(shù)計(jì)算方法，計(jì)算每個(gè)單元的突水系數(shù)；

(7)運(yùn)用數(shù)值插值方法對(duì)每個(gè)單元的突水系數(shù)進(jìn)行插值，獲得整個(gè)礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)等值線分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，重要性分析方式采用經(jīng)驗(yàn)評(píng)分法，具體為：將所有主控因素列出來組成一個(gè)方陣，然后對(duì)各主控因素進(jìn)行兩兩比較并打分，根據(jù)打分結(jié)果獲得每個(gè)主控因素權(quán)重。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，構(gòu)建方式為：首先對(duì)各主控因素進(jìn)行分級(jí)，依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際所評(píng)價(jià)礦區(qū)的各二級(jí)主控因素進(jìn)行對(duì)照評(píng)級(jí)，將對(duì)照評(píng)級(jí)結(jié)果與各主控因素的權(quán)重相乘得對(duì)應(yīng)的突水系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟(4)中，具體剖分單元尺度為500m×500m規(guī)則正方形或者1000m×1000m規(guī)則正方形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟(4)中，確定單元優(yōu)勢(shì)斷層的主要依據(jù)為：斷層在礦區(qū)內(nèi)的展布長(zhǎng)度，單元內(nèi)展布長(zhǎng)度最長(zhǎng)的斷層為單元的優(yōu)勢(shì)斷層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述步驟(5)中，分維數(shù)的計(jì)算方法為計(jì)盒維數(shù)法。

說明書

本發(fā)明屬于礦山安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于有限信息的礦區(qū)斷層突 水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

在地下礦體開采過程中，斷層突水是一種常見的突發(fā)礦井地質(zhì)災(zāi)害，依據(jù) 目前中國(guó)礦山突水的統(tǒng)計(jì)情況來看，目前約80％的礦井突水與斷層相關(guān)。

就現(xiàn)階段而言，已有很多關(guān)于斷層突水的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，但基本上這些方 法都需要比較完備的已知地質(zhì)調(diào)查資料(例如含水層水力性質(zhì)，隔水層阻水性， 斷層的導(dǎo)水性等)做支撐，如果礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查或?qū)ｉT的水文資料不夠精細(xì)不夠 準(zhǔn)確，這些已有的評(píng)價(jià)方法就無(wú)法得到有效的實(shí)施。就目前中國(guó)各地各個(gè)礦區(qū) 整體的情況來看，大型國(guó)有礦井擁有雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，往往具有完備詳盡的地 質(zhì)調(diào)查資料，但仍有很多小型的國(guó)營(yíng)的或非國(guó)營(yíng)的礦井由于各種各樣的原因， 對(duì)開采礦區(qū)的地質(zhì)調(diào)查是相當(dāng)粗放的。以斷層的地質(zhì)調(diào)查為例，很多中小型礦 井的地質(zhì)資料僅僅局限于記錄斷層在礦區(qū)的分布位置、類型、落差、傾角、展布范圍等十分有限的信息，而對(duì)斷層突水很重要的信息例如斷層的導(dǎo)水性、斷 層的摩擦強(qiáng)度、斷層與含水層相連情況、斷層巖的巖性等幾乎沒有資料可依。

因此，以目前的現(xiàn)狀來看，要使那些不具備完備地質(zhì)調(diào)查資料的礦井也能 對(duì)礦區(qū)斷層突水的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，就亟需一種基于有限信息的礦區(qū)斷層突 水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)新方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的突水評(píng)價(jià)方法往往需要詳盡的地質(zhì)調(diào)查資料才能實(shí)施，對(duì)很多 中小型礦井不具備適用性的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于有限信息的 礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)地質(zhì)調(diào)查資料完備性的依 賴程度不高，在大中小型礦井都能運(yùn)用，適用范圍廣。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種基于有限信息的礦區(qū) 斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

(1)以斷層類型，斷層傾角，斷層落差及斷層分布復(fù)雜性作為礦區(qū)斷層突水 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的四個(gè)主控因素；

(2)運(yùn)用判斷矩陣對(duì)四個(gè)主控因素進(jìn)行重要性分析，并進(jìn)一步獲得每個(gè)主控 因素的權(quán)重；

(3)構(gòu)建基于各主控因素權(quán)重的斷層突水系數(shù)計(jì)算方法；

(4)以礦區(qū)經(jīng)緯線為參照對(duì)整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分，剖分單元為規(guī)則正方 形，剖分單元完成后進(jìn)一步逐個(gè)確定每個(gè)的剖分單元的優(yōu)勢(shì)斷層，每個(gè)單元只 能確定一條優(yōu)勢(shì)斷層；

(5)利用分形理論分析每個(gè)剖分單元斷層分布的復(fù)雜性，獲得每個(gè)單元斷層 分布復(fù)雜性的分維數(shù)；

(6)依據(jù)每個(gè)單元中斷層分布復(fù)雜性分維數(shù)及每個(gè)單元優(yōu)勢(shì)斷層的類型、落 差及傾角的分級(jí)值，以步驟(3)中所構(gòu)造的突水系數(shù)計(jì)算方法，計(jì)算每個(gè)單元的 突水系數(shù)；

(7)運(yùn)用數(shù)值插值方法對(duì)每個(gè)單元的突水系數(shù)進(jìn)行插值，獲得整個(gè)礦區(qū)斷層 突水風(fēng)險(xiǎn)等值線分布。

優(yōu)選的方案，所述步驟(2)中，重要性分析方式采用經(jīng)驗(yàn)評(píng)分法，具體為： 將所有主控因素列出來組成一個(gè)方陣，然后對(duì)各主控因素進(jìn)行兩兩比較并打分， 根據(jù)打分結(jié)果獲得每個(gè)主控因素權(quán)重。

優(yōu)選的方案，所述步驟(3)中，構(gòu)建方式為：首先對(duì)各主控因素進(jìn)行分級(jí)， 依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際所評(píng)價(jià)礦區(qū)的各二級(jí)主控因素進(jìn)行對(duì)照評(píng)級(jí)，將對(duì)照評(píng)級(jí) 結(jié)果與各主控因素的權(quán)重相乘得對(duì)應(yīng)的突水系數(shù)。

優(yōu)選的方案，所述步驟(4)中，具體剖分單元尺度為500m×500m規(guī)則正方形 或者1000m×1000m規(guī)則正方形。

優(yōu)選的方案，所述步驟(4)中，確定單元優(yōu)勢(shì)斷層的主要依據(jù)為：斷層在礦 區(qū)內(nèi)的展布長(zhǎng)度，單元內(nèi)展布長(zhǎng)度最長(zhǎng)的斷層為單元的優(yōu)勢(shì)斷層。

優(yōu)選的方案，所述步驟(5)中，分維數(shù)的計(jì)算方法為計(jì)盒維數(shù)法。

本發(fā)明所提出的基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，具有以下 優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明提出的礦區(qū)斷層突水評(píng)價(jià)方法并不需要詳盡的礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查資料 做支撐，方法中所需的四個(gè)方面的信息(斷層類型，斷層傾角，斷層落差及斷 層分布復(fù)雜性)在大部分礦區(qū)的地質(zhì)調(diào)查資料中都有完備的記載，所以本發(fā)明 提出的方法具有很強(qiáng)的適用性，可以在幾乎所有的大中小型礦井進(jìn)行實(shí)施。

2)本發(fā)明中提出的用分形的方法來對(duì)礦區(qū)斷層分布的復(fù)雜性進(jìn)行分析具有 很強(qiáng)的科學(xué)性，比原來大部分的方法中簡(jiǎn)單的以斷層分布密度來刻畫斷層分布 的復(fù)雜性相比，分形方法獲得的結(jié)果更為客觀準(zhǔn)確。

3)本發(fā)明構(gòu)建的方法最終可以得到整個(gè)礦區(qū)斷層突水危險(xiǎn)性分布的等值線 圖，能夠直觀形象地對(duì)礦區(qū)的斷層突水危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法的流程圖。

圖2為本實(shí)施例中對(duì)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分的示意圖。

圖3為本實(shí)施例單元剖分后，確定的每個(gè)的剖分單元優(yōu)勢(shì)斷層的示意圖。

圖4為本實(shí)施例中獲得的每個(gè)單元斷層分布復(fù)雜性的分維數(shù)。

圖5為本實(shí)施例中獲得整個(gè)礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)等值線分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明：

下面以某礦區(qū)為例，采用本發(fā)明基于有限信息的礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià) 方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟一、選取斷層類型(F1)，斷層傾角(F2)，斷層落差(F3)及斷層分布 復(fù)雜性(F4)為評(píng)價(jià)礦區(qū)斷層突水風(fēng)險(xiǎn)的四個(gè)主控因素；

步驟二、運(yùn)用判斷矩陣對(duì)四個(gè)主控因素進(jìn)行重要性分析，方式為：首先將所 有主控因素列出來組成一個(gè)方陣，然后對(duì)各主控因素進(jìn)行兩兩比較并打分，本 實(shí)施例中的分析情況見表1；其次，根據(jù)打分結(jié)果獲得每個(gè)主控因素權(quán)重，權(quán)重 的計(jì)算方法如公式(1)和公式(2)所示，本實(shí)施例中四個(gè)主控因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果見 表2；

表1基于判斷矩陣的主控因素分析

表2主控因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果

步驟三、依據(jù)各主控因素權(quán)重構(gòu)建相應(yīng)的斷層突水系數(shù)計(jì)算方法：首先對(duì) 各主控因素進(jìn)行分級(jí)(本實(shí)施例中的分級(jí)結(jié)果見表3)，依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際所 評(píng)價(jià)礦區(qū)的各二級(jí)主控因素進(jìn)行對(duì)照評(píng)級(jí)，將對(duì)照評(píng)級(jí)結(jié)果與各主控因素的權(quán) 重相乘得對(duì)應(yīng)的突水系數(shù)；

表3主控因素分級(jí)

步驟四、以礦區(qū)經(jīng)緯線為參照對(duì)整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分，剖分單元為規(guī)則 正方形，具體剖分單元尺度為500m×500m規(guī)則正方形或者1000m×1000m規(guī) 則正方形，圖2為對(duì)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分的示意圖；剖分單元完成后進(jìn)一步逐個(gè) 確定每個(gè)的剖分單元的優(yōu)勢(shì)斷層，每個(gè)單元只能確定一條優(yōu)勢(shì)斷層，確定單元 優(yōu)勢(shì)斷層的主要依據(jù)為斷層在礦區(qū)內(nèi)的展布長(zhǎng)度，單元內(nèi)展布長(zhǎng)度最長(zhǎng)的斷層 為單元的優(yōu)勢(shì)斷層，圖3為對(duì)礦區(qū)進(jìn)行單元剖分之后，確定每個(gè)的剖分單元的 優(yōu)勢(shì)斷層的示意圖；

步驟五、利用分形理論分析每個(gè)剖分單元斷層分布的復(fù)雜性，獲得每個(gè)單 元斷層分布復(fù)雜性的分維數(shù)，分維數(shù)計(jì)算方法為計(jì)盒維數(shù)，本實(shí)施例中每個(gè)單 元斷層分布復(fù)雜性的分維數(shù)見圖4；

步驟六、依據(jù)每個(gè)單元中斷層分布復(fù)雜性分維數(shù)及每個(gè)單元優(yōu)勢(shì)斷層的類 型、落差及傾角的分級(jí)值，以公式(3)計(jì)算每個(gè)單元的突水系數(shù)；

具體計(jì)算過程如例：?jiǎn)卧俚膬?yōu)勢(shì)斷層為F50，F(xiàn)50類型為正斷層，F(xiàn)50的 傾角為70°，落差為80m，單元①斷層分布復(fù)雜性的分維數(shù)為1.128；依據(jù)表3 對(duì)四個(gè)主控因素進(jìn)行對(duì)照分級(jí)，分級(jí)值為

單元①的突水系數(shù)為：

步驟七、以據(jù)第六步中的方法進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，獲得每個(gè)單元的突水系數(shù)， 然后進(jìn)一步運(yùn)用數(shù)值插值方法對(duì)每個(gè)單元的突水系數(shù)進(jìn)行插值，獲得整個(gè)礦區(qū) 斷層突水風(fēng)險(xiǎn)等值線分布圖，具體如圖5所示。

以上列舉的應(yīng)用實(shí)例只對(duì)本發(fā)明做具體說明，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具 體描述，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，而不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的 限定，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。