[发明专利]一种坚硬顶板工作面矿压显现分级方法

说明书

技术领域

本发明属于矿压显现分级技术领域，具体是一种坚硬顶板工作面矿压显现分级方法。

背景技术

坚硬顶板是指赋存于煤层上方或直接顶上的厚而坚硬及稳定的砾岩、石灰岩、砂岩等岩层，具有结构致密、强度高、厚度大、整体性强及构造弱面与节理裂隙不发育等特点。煤层开采后坚硬顶板可大面积悬露且不易自然冒落，一旦冒落，一次垮落的面积较大，支承压力和顶板压力也不断增大，并伴随着强烈的周期来压等动力现象发生，易造成支护设备破损，甚至出现人员伤亡等事故。我国煤层赋存条件非常复杂，属于坚硬顶板的煤层占1/3左右，分布在1/2以上的矿区，如大同、晋城、潞安、鹤岗、新疆等矿区；随着综合机械化采煤技术的不断更新和发展，40％的综采工作面顶板属于来压较强烈的坚硬顶板，尤其是有薄层直接顶的坚硬顶板工作面分布最为广泛。

20世纪80年代初，为了改善顶板管理，我国颁布了《缓斜和倾斜煤层回采工作面顶板分类方案》，根据来压强度将基本顶分为4级；1996年我国颁布了《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》标准，确定了基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量(Pe)，其值由基本顶初次来压步距L，直接顶充填系数N和煤层采高h确定。目前，坚硬顶板工作面矿压显现分级方法基本都是结合直接顶和基本顶进行的，考虑因素单一且适用性不强，需要一种科学合理的矿压显现分级方法来指导坚硬顶板工作面安全生产。因此，结合坚硬顶板的相关特性和地质条件，采用层次分析和模糊综合评判相结合的方法，对工作面矿压显现强度进行分级，针对性的确定采场顶板的控制方法，实现坚硬顶板工作面科学合理的开采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种坚硬顶板工作面矿压显现分级方法。

本发明的技术方案是：

一种坚硬顶板工作面矿压显现分级方法，包括：

步骤1、确定坚硬顶板工作面矿压显现分级的评判因素集，获得各个评判因素的取值；

步骤2、确定坚硬顶板工作面矿压显现分级的评判集，即坚硬顶板工作面矿压显现的评判等级集合；

步骤3、建立评判因素集中各因素与评判集中的评判等级的模糊关系，得到模糊关系矩阵；

步骤4、确定坚硬顶板工作面矿压显现分级的评判因素集中各因素的权重集，得到各因素的权重向量；

步骤5、对模糊关系矩阵和权重向量进行合成计算，利用模糊综合评判方法对坚硬顶板工作面矿压显现进行分级。

所述评判因素集中包括：初次来压步距、基本顶厚度、采厚、采厚与直接顶厚度的比值、煤层顶板100m范围内坚硬岩层的比例、埋深、工作面长度。

所述评判集中包括：矿压显现强度弱、矿压显现强度一般、矿压显现强度较强、矿压显现强度强烈。

所述步骤3建立评判因素集中各因素与评判集中的评判等级的模糊关系，包括：

步骤3-1、确定评判因素集中每个评判因素对评判集中各评判等级的隶属度；

步骤3-2、各因素的隶属度构成一个模糊关系矩阵。

所述步骤4，具体包括如下步骤：

步骤4-1、对评判因素集中各因素重要程度进行两两比较，建立判定矩阵A＝(a_ij)_n×n，a_ij＞0，其中，a_ij为因素i比因素j相对矿压显现强度的重要性，a_ji为因素j比因素i相对矿压显现强度的重要性，n为判定矩阵的阶数；

步骤4-2、计算判定矩阵的权重向量；

对判定矩阵A的每一列向量归一化：

将b_ij按行求和：

对w_i归一化处理为判定矩阵A中各列向量归一化后的算术平均值，为所求的特征向量即判定矩阵的权重向量；

步骤4-3、根据判定矩阵与其对应权重向量的乘积AW，计算判断矩阵的最大特征根

步骤4-4、计算一致性指标CI，一致性指标CI越大，判定矩阵的不一致性程度越严重；其中一致性指标

步骤4-5、选定平均随机一致性指标RI，计算判定矩阵的一致性比率即平均随机一致性指标与平均随机一致性指标的比值，当判定矩阵的一致性比率小于0.1时，判定矩阵满足一致性检验，以判定矩阵的特征向量作为权重向量，否则，判定矩阵不满足一致性检验，重新构造判定矩阵。

有益效果：