含瓦斯煤巖體擴容關鍵影響因素及重要度確定方法
【專利摘要】本發明為避免無效因素過多而無法剔出，影響關鍵影響因素權重的合理分配，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鍵影響因素分析方法，包括：確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容的各影響因素、對各關鍵影響因素進行兩兩對比以確定判定矩陣、采用歸一化處理方法，建立擴容各關鍵影響因素的權重集，以及進一步對各關鍵影響因素權重進行一致性驗證。本發明方法具有廣泛的實用性，避免了主觀給定關鍵影響因素指標，根據現場觀測實驗，通過實驗室試驗分析擴容特征及專家判定標準值，使得分析結果科學、客觀、安全可靠。
【專利說明】 含瓦斯煤巖體擴容關鍵影響因素及重要度確定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤礦深部開采災害防控領域，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鍵影響因素及重要度確定方法。
【背景技術】
[0002]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生體積非線性膨脹變形的現象。工作面含瓦斯煤巖體發生擴容極易誘發煤與瓦斯突出事故發生，給安全生產造成嚴重影響。
[0003]隨著采深的增加，工作面含瓦斯煤巖體擴容誘發煤與瓦斯突出事故越發嚴重，因此，控制含瓦斯煤巖體擴容應弄清開采擾動條件下工作面含瓦斯煤巖體擴容的關鍵影響因素。特別是各因素對含瓦斯煤巖體擴容影響權重的排序分析。
[0004]目前，對開采擾動工作面的含瓦斯煤巖體擴容關鍵影響因素的客觀、有效的確定方法未見相關研究報道，而常用關鍵影響因素重要度的確定方法也是首先設計一套影響指標體系，然后通過經驗確定各因素的重要性進行分析。由于這些決策因素相互關系復雜，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，使分析結果失去了科學性和合理性，具體問題表現在:
[0005]( I)分析因素指標的選取問題
[0006]含瓦斯煤巖體擴容是在應力作用下，當應力達到某一定值時，巖石的體積不但不縮小反而增大的一種力學現象，其關鍵影響因素較多。關鍵影響因素指標設計者在設計分析因素體系時往往追求指標的全面性，企圖追求指標包含全部考察因素，其結果是使分析指標體系過多甚至含有無效指標。另外，無效指標無法采取相應辦法剔出，容易導致主要信息丟失而且影響了關鍵影響因素的權重分配。這要求對分析指標體系進行合理地篩選并采取措施剔出無效指標。現有技術中沒有一套方法來指導實際生產實踐中，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:原巖應力、瓦斯放散初速度、采動應力集中系數、瓦斯壓力、含瓦斯煤巖體內摩擦角、含瓦斯煤的抗壓強度，以及瓦斯含量。
[0007](2)分析指標體系中排序的客觀性
[0008]在權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，分析指標體系的重要性排序缺乏客觀性和公正性。

【發明內容】

[0009]為減少現有技術中通常采用主觀判斷來確定擴容關鍵影響因素所帶來的不準確性，且避免無效因素過多而無法剔出，影響關鍵影響因素權重集的分配，本發明基于兩種試驗過程并采用模糊數學分析，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鍵影響因素確定方法，包括:
[0010]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[0011]步驟1.1、取不同地質賦存條件煤樣，測試含瓦斯煤巖體應力應變曲線，分析含瓦斯煤巖體體積應變特征:
[0012]I)進行強度試驗:測試不同瓦斯壓力下含瓦斯煤巖體的單軸應力應變曲線，其中采用荷載加載方式實現不同瓦斯壓力的加載，荷載加載過程的加壓壓差為0.5MPa ；
[0013]2)進行破壞變形試驗:測試不同瓦斯壓力下的含瓦斯煤巖體三軸應力應變曲線，觀測含瓦斯煤巖體破壞變形過程；
[0014]測試含瓦斯煤巖體三軸全應力應變曲線時，在含瓦斯煤巖體試樣上的不同方向設置應變傳感器，測定含瓦斯煤巖體體積應變，從而觀測含瓦斯煤巖體體積應變由壓縮轉變為非線性膨脹拐點處的應力，即擴容應力；
[0015]步驟1.2、分析含瓦斯煤巖體單軸應力應變曲線和三軸應力應變曲線和影響巖石力學性質的因素，確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體擴容的影響因素；
[0016]步驟2、分析煤巖體擴容應力、體積應變與所述影響因素之間關系，確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體各擴容關鍵影響因素；
[0017]步驟3、根據工作面含瓦斯煤巖體擴容特征，利用層次分析法原理，對各擴容關鍵影響因素進行兩兩對比以確定判定矩陣:
[0018]步驟3.1、定義擴容關鍵影響因素集U=LU1, U2, U3,...uj ,其中U1, u2, U3,..., Um為
各擴容關鍵影響因素，m為因素個數,為自然數；
[0019]步驟3.2、構建所述評價因素集中各擴容關鍵影響因素相對重要性情況的判定矩
陣
[0020]
【權利要求】
1.一種工作面含瓦斯煤巖體擴容關鍵影響因素及重要度確定方法，其特征在于，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、取不同地質賦存條件煤樣，測試含瓦斯煤巖體應力應變曲線，分析含瓦斯煤巖體體積應變特征: 1)進行強度試驗:測試不同瓦斯壓力下含瓦斯煤巖體的單軸應力應變曲線，其中采用荷載加載方式實現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力應變曲線，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力應變曲線時，在含瓦斯煤巖體試樣上的不同方向設置應變傳感器，測定含瓦斯煤巖體體積應變，從而觀測含瓦斯煤巖體體積應變由壓縮轉變為非線性膨脹拐點處的應力，即擴容應力； 步驟1.2、分析含瓦斯煤巖體單軸應力應變曲線和三軸應力應變曲線和影響巖石力學性質的因素，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、分析煤巖體擴容應力、體積應變與所述影響因素之間關系，確定開采擾動工作面含瓦斯煤巖體各擴容關鍵影響因素； 步驟3、根據工作面含瓦斯煤巖體擴容特征，利用層次分析法原理，對各擴容關鍵影響因素進行兩兩對比以確定判定矩陣: 步驟3.1、定義擴容關鍵影響因素集u=[u1； U2, U3,...um],其中U1, u2, U3,..., Um為各擴容關鍵影響因素，m為因素個數,為自然數； 步驟3.2、構建所述評價因素集中各擴容關鍵影響因素相對重要性情況的判定矩陣
2.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于，在所述破壞變形試驗中，采用三軸位移加載方式是以0.02mm/s>0.02mm/5s>0.02mm/10s加載速度進行三軸加載試驗。
3.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于，所述影響因素包括:原巖應力、瓦斯放散初速度、采動應力集中系數、瓦斯壓力、含瓦斯煤巖體內摩擦角、含瓦斯煤的抗壓強度，以及瓦斯含量。
4.根據權利要求1-3之一所述的確定方法，其特征在于，所述關鍵影響因素包括:原巖應力、采動應力集中系數、瓦斯壓力、含瓦斯煤的抗壓強度，以及瓦斯含量。
5.根據權利要求1-3之一所述的確定方法，其特征在于，所述步驟3.1中，定義含瓦斯煤巖體擴容關鍵影響因素綜合評價因素集U包括U1-U5，其中=U1——原巖應力、U2——采動應力集中系數、U3——瓦斯壓力、U4——含瓦斯煤的抗壓強度、U5——瓦斯含量。
6.根據權利要求1-3之一所述的確定方法，其特征在于，所述步驟3.2中，Uij取1,2，…，9及其倒數；各數值的含義為: (1)1，3，5，7，9這五個數值分別表示Ui與Uj之間的重要性從相等開始逐漸遞增； (2)2表示Ui與Uj之間的重要性處于I和3這兩個數值所表示的重要性之間，4表示Ui與Uj之間的重要性處于3和5這兩個數值所表示的重要性之間，6表示Ui與Uj之間的重要性處于5和7這兩個數值所表示的重要性之間，8表示Ui與Uj之間的重要性處于7和9這兩個數值所表示的重要性之間； (3)1，1/3，1/5，1/7，1/9這五個數值分別表示Ui與Uj之間的重要性從相等開始逐漸遞增； (4)1/2表示Ui與Uj之間的重要性處于I和1/3這兩個數值所表示的重要性之間，1/4表示Ui與Uj之間的重要性處于1/3和1/5這兩個數值所表示的重要性之間，1/6表示Ui與Uj之間的重要性處于1/5和1/7這兩個數值所表示的重要性之間，1/8表示Ui與Uj之間的重要性處于1/7和1/9這兩個數值所表示的重要性之間。
【文檔編號】G01N3/00GK103454139SQ201310405301
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】謝廣祥, 胡祖祥 申請人:安徽理工大學