22-突变级数法在底板突水预测中的应用
我国煤层底板突水问题的研究现状及展望
我国煤层底板突水问题的研究现状及展望发表时间：2018-12-21T11:24:30.247Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：郑根源[导读] 摘要：中华人民共和国成立以来，工业急需发展能源是制约工业发展的重要因素之一。
华兴能源有限责任公司唐家会煤矿安徽省淮南 232007摘要：中华人民共和国成立以来，工业急需发展能源是制约工业发展的重要因素之一。
在这段时期，煤矿是最为主要的能源。
在华北地区，煤矿存储量最大，这里有全国50%的矿井存在，占中国总煤产量的60%左右，所以在煤矿能源上占据着重要角色。
然而由于该地区自身的地质情况，其煤底板保护层完整性比较差，煤底层下埋伏着奥陶纪灰岩含水层，该土层的水压及水量都很大，很不利于煤矿开采。
因此，在华北地区的煤矿开采区中，煤层底板突水问题是一个很值得注意的问题。
关键词：煤层底板；突水灾害；注浆堵水；疏导防治；为了做好煤矿煤层底板含水层、赋水层突水防治工作，对辛置煤矿煤层底板含水层特征进行了分析，并针对煤层底板水害隐患，提出了“注浆堵水、疏水降压”综合防治措施，一方面减少了突水量，另一方面有利于加快突水的疏导。
一、煤层底板突水问题的研究现状1.煤矿水文地质条件综合研究。
水文地质研究属于煤矿水害防治中的基础性工作，是在水文地质学的研究范围之内。
（1）在20世纪60年代到70年代的防治水工作中，通过经验进行水文地质分析；（2）20世纪80年代以后，国家政府对华北的水害问题灌注了大量心血，大力支持防治水害，所以在这一时期对煤矿水文地质条件的研究成指数形式增长，同时提高了水害问题的诊断质量。
在这一时期，大量仪器和测试方法被研究出来，如MTS -I型矿井突水前兆检测系统、BX-I型应力仪和DW -II型位移测量仪、SWX-1型钻孔水位遥测系统及井下电测探法。
在煤矿水文地质条件研究方法中，最为重要的一种便是采取同位素放射性元素查找地下水。
2.水压安全采煤技术研究。
基于微震监测技术的煤矿底板突水预警研究
基于微震监测技术的煤矿底板突水预警研究
牛俊伟
【期刊名称】《能源与节能》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】煤矿底板突水是矿山生产中的主要灾害之一,其破坏性极大,因此,研究有效的突水预警技术具有重要意义。
以董家河煤矿22517工作面为例,构建了微震监测系统,并对底板进行突水预警。
监测数据显示,该煤矿的底板微震事件总共有191个,其中能量超过1000 J的微震事件仅为18个,占全部微震事件的9.63%,同时,该系统检测到的底板破坏深度约为11.01 m,与底板钻孔声波仪测试计算的数据仅相差0.22 m。
这些数据可以说明研究所提出的微震监测技术能够有效预测煤矿底板的突水事故,起到了良好的预警作用,为煤矿开采作业的水害风险防范提供了可靠的技术支持。
【总页数】3页(P134-136)
【作者】牛俊伟
【作者单位】山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD745
【相关文献】
1.煤矿底板突水微震监测预警系统构建与分析
2.微震监测技术在煤矿底板突水预警中的应用
3.基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制
4.微震监测技术在煤矿底板突水预警中的应用
5.基于微震监测的工作面底板突水全时空预警方法
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煤矿突水水源判别与水量预测方法综述
第40卷 第3期 煤田地质与勘探Vol. 40 No.32012年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2012收稿日期: 2011-10-30作者简介:杨海军(1986—), 男, 四川广安人, 硕士研究生, 从事水文地质研究.文章编号: 1001-1986(2012)03-0048-07煤矿突水水源判别与水量预测方法综述杨海军1,2，王广才1,2(1. 中国地质大学水资源与环境学院，北京 100083； 2. 生物地质与环境地质国家重点实验室，湖北 武汉 430074)摘要: 突水严重制约着煤矿安全生产。
突水灾害的防治是涉及多学科多方法的系统工程。
矿井突水水源快速判别和矿井涌水量准确预测是突水灾害防控的重要环节。
从矿区地质环境精细探测、地下水循环交替特征和数学模型研究及应用等方面，总结了国内外煤矿突水预测的主要进展。
对判别突水水源和预测涌水量的各种方法进行探讨，概述了各种方法的原理、应用现状及其适用条件。
关 键 词：煤矿突水；预测；判别；涌水量；模型中图分类号：P641.4; TD74 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.03.012Summarization of methods of distinguishing sources and forecasting inflow ofwater inrush in coal minesYANG Haijun, WANG Guangcai(1. School of Water Resources and Environment , China University of Geosciences , Beijing 100083, China ;2. State Key Laboratory for Biogeology and Environmental Geology , Wuhan 430074, China )Abstract: Water inrush seriously restricts the safe production of coal mine. The prevention and control of water inrush disaster is a systematic engineering which involves many disciplines and methods. Distinguish-ing sources of water inrush quickly and forecasting water inflow accurately are important links for the pre-vention and control of mine water inrush. In terms of fine investigation of geology environment of mine, the research on the characteristics of circulation and alternation of groundwater, and the research and application of mathematical models, the paper summed up the main domestic and international progress in prediction of coal mine water inrush, and discussed various methods of distinguishing sources of water inrush and fore-casting water inflow, and summarized the theory, application status and application conditions of the methods. Key words: coal mine water inrush; forecasting; distinguishing; water inflow; model我国是煤矿水害多发的国家，突水造成的直接经济损失一直排在各类煤矿灾害之首，特别是华北石炭-二叠系煤田和南方晚二叠系煤田受岩溶水的威胁严重，突水事故频繁[1]，亟待解决。
断层导致底板突水的数值模拟分析的开题报告
断层导致底板突水的数值模拟分析的开题报告标题：断层导致底板突水的数值模拟分析研究背景：断层是地壳中一种重要的构造特征，往往是地震的活动区域。
在水坝、隧道、地下水源等工程建设中，断层易导致地层变形和水文地质漏水问题。
若断层穿越地下水，会导致地下水流动的异常及水文地质问题。
因此，对于断层穿越地下水的影响及防护措施进行研究，对工程建设具有重要意义。
研究目的：本研究旨在通过数值模拟方法，分析断层对地下水流动及水位的影响，探究断层穿越地下水导致底板突水的原因及机理，为工程建设提供科学的理论支持和技术指导。
研究内容：1. 建立含断层的地下水数值模型；2. 分析断层对地下水流动及水位的影响；3. 探究断层对地下水压力的调控作用；4. 分析断层穿越地下水导致底板突水的原因及机理；5. 提出针对性的防护措施和工程建设建议。
研究方法：1. 利用数值模拟软件建立包含断层的地下水数值模型；2. 对不同断层情况下地下水流动及水位变化进行数值模拟；3. 根据数值模拟结果，探究断层对地下水压力的调控作用；4. 结合实际工程案例，分析断层穿越地下水导致底板突水的原因及机理；5. 结合工程实际情况，提出防护措施和建设建议。
研究意义：1. 探究断层对地下水流动的作用，为工程建设提供科学依据；2. 分析断层穿越地下水导致底板突水的原因及机理，为工程设计提供参考；3. 提出针对性的防护措施和工程建设建议，为工程施工提供技术支持。
预期成果：1. 建立含断层的地下水数值模型；2. 分析断层对地下水流动及水位的影响；3. 探究断层对地下水压力的调控作用；4. 分析断层穿越地下水导致底板突水的原因及机理；5. 提出针对性的防护措施和工程建设建议。
研究进度：1. 文献调研阶段（7.2021-8.2021）；2. 数值模拟建模阶段（8.2021-9.2021）；3. 数据处理分析阶段（9.2021-10.2021）；4. 结果展示和报告撰写阶段（10.2021-11.2021）。
涌(突)水危险性评价
附录 A（资料性附录）涌（突）水危险性评价A.1 顶板涌（突）水危险性评价的“三图双预测法”A.1.1 三图双预测法“三图双预测法”是一种解决矿井顶板充水水源、通道和强度三大关键技术问题的顶板涌（突）水预测评价方法。
“三图”是指矿层顶板冒裂安全性分区图、顶板充水含水层富水性分区图和顶板涌（突）水条件综合分区图；“双预测”是指在天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测。
A.1.2 顶板冒裂安全性分区图顶板冒裂安全性分区图是指矿层回采过程中诱发的顶板导水裂缝带加保护层总高度与矿层至含水层之间覆岩厚度之差图，它是矿层回采过程中顶板突水灾害发生的前提。
顶板导水裂缝带发育总高度受控因素多，具有非常复杂的非线性特征，除了受控于矿层覆岩岩性组合、塑与脆性岩沉积厚度比值和其沉积位置、倾角和构造条件以及原岩地应力分布等自然影响因素外，开采工艺、采高和工作面斜长以及具体的顶板管理方式等人为影响因素也同等重要地控制其发育总高度。
导水裂缝带发育总高度一般可采用经验统计公式和数值模拟计算评价以及现场实测等方法确定。
A.1.3 充水含水层富水性分区图充水含水层富水性分区图可通过影响控制含水层富水程度的厚度和岩性、地质构造、渗透特性、单位涌水量、钻孔岩芯描述和采取率、冲洗液消耗量、抽（放）水试验和井下涌（突）水形成的地下水流场分析、地下水水化学场和地球物理勘探场分析等资料，根据多源信息复合原理，应用叠加功能编制形成。
A.1.4 顶板涌（突）水条件综合分区图顶板涌（突）水条件综合分区图是应用GIS的多源信息复合叠加功能，将前述的矿层顶板冒裂安全性分区图与顶板充水含水层富水性分区图复合叠加处理后编制而成。
A.1.5 天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测是根据研究矿井具体的充水水文地质物理概念模型，建立地下水流系统的三维数值模拟模型，在反演识别基础上，根据回采工作面周期来压步骤，分别预测在天然和人为改造两种不同状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量。
煤层底板突水评价及涌水量预测方法研究
能源技术与管理2021年第46卷第1期140Energy Technology and Management Vol.46No.l+oi:10.3969/j.issn.1672-9943.2021.01.049煤层底板突水评价及涌水量预测方法研究宋忠亮1,邓新刚2,陈玉海2(1.枣庄矿业(集团)有限责任公司地质测量处，山东枣庄277000；2.枣矿集团柴里煤矿，山东枣庄277000)［摘要］重"介绍了断裂构造发育区底板承压水突水危险性评估方法，并结合相关法规标准，运用突水系数法和安全隔水层厚度比值系数法等多种方法综合进行安全评价，指导制定针对性防范承压水突水措施，保证了工作面安全回采,取得了较好的效果。
［关键词］承压含水层；断层发育；突水防范；安全评估［中图分类号］TD74［文献标识码］B%文章编号］1672-9943(2021)01-0140-020引言目前国内外已经积累了大量的煤矿底板水防治经验，从研究煤层底板突水机理到煤层底板突水的预测预报,都取得了大量的成果。
近年来,随着开采深度的增大，灰岩水害威胁日益严重，已经岀现过几次大的底板水害事故,但煤矿水文地质条件都不尽相同，各有其特殊性，采取何种底板水防治，到煤开采。
从底板水层考虑，三灰水水害的特征为煤层底板至含水层面的水层，采煤破底板三灰水突水。
，面采大量水开采的，防面事故［1-5］o矿煤矿23下614面处于3条40~360m层成的地。
该工作面开采3层煤，走向长在1264.5~1268.4m,倾向长在84.5~195.2m，面积为194622m2,煤层度 1.80~5.60m(平度3.60m)。
开采煤层层灰岩含水层，过新水为0.3MPa,上距开采煤层间距仅在20.46~36.06m,水文地质条件相。
煤层底灰灰含水层，煤层岀现浸润渗水现象，水质化验奥灰水质相近。
为查清水文地质条件，保证开采期三灰含水层水不突水事故，保障面开采期间的产，运用突水数法水层度值数法等多种法底三灰突水风险合评价，为面类似水文地质条件面防治水积累了丰富的经验。
煤层底板突水的数值模拟试验及其工程应用
煤层底板突水的数值模拟试验及其工程应用长期以来，煤层底板突水一直是严重影响我国煤矿资源安全开采的一个主要因素。
煤层底板突水是涉及地质学、煤矿开采学、岩体水力学和岩石断裂力学等学科的一个复杂问题。
本文首先分析了影响煤层底板突水的主要因素，包括开采矿压、承压水和地质构造等，通过分析找出影响煤层底板破坏、形成突水通道及发生突水事故的主要因素。
然后，利用由西安科技大学刘怀恒教授等开发并经改进后的有限元计算程序NCAP-2D-w对煤层底板突水进行多方案的数值模拟
试验研究。
主要内容包括： (1)考虑在承压水不变的条件下，设
计不同裂隙分布状态，探讨单裂隙、多裂隙、不同长度裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙顶部破坏的影响； (2)考虑承压
水的变化，分别考虑单裂隙和多裂隙两种分布状态，探讨裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙底部破坏的影响。
通过分析受采动荷载、岩层结构变化、煤层底板中裂隙分布状态及承压水变化等因素影响的数值试验，获得了随开采工作面不断推进煤层底板破坏区的发展、突水导升高度的递增、突水通道的形成等相关规律。
最后，结合淮北杨庄矿某工作面实际工程情况，对其开采过程进行数值模拟，并对其开采过程中是否会发生突水做出预测，预测结果与现场实测数据符合很好。
预防矿井底板突水的_下三带_理论及其发展与应用
第18卷第4期山东矿业学院学报(自然科学版)Vol.18№4 1999年12月Journal of Shandong Institute of Mining and T echnology(Natural Science)Dec.1999 文章编号:1000-2308(1999)04-0011-08预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用Ξ李白英(山东科技大学特殊开采研究所)摘 要:总结了二十年来“下三带”理论的发展和应用,对“下三带”的概念、形成、确定方法、测定数据、效果评价等均作了系统深入的论述。
“下三带”理论经过二十余年的理论研究和生产实践已发展得日趋完善,该理论在承压水上安全开采评价及防治矿井底板突水灾害中起了重要作用。
本文旨在促进对该理论的深入理解,更好地推广应用,为矿井安全生产服务。
关键词:下三带;底板导水破坏深度;承压水导高;保护层;阻水带;底板突水中图分类号:TD745+.2 文献标识码:A 我国是世界上矿井水文地质条件中最复杂的国家,相应也是矿井突水灾害发生最频繁、突水量最大,危害最严重的国家。
我们与矿井水害已斗争了五十年,虽然在防治理论与技术上已取得很大进展,但岩溶承压水对矿井安全生产的威胁仍相当严重。
“下三带”理论就是为此而提出并在安全开采评价及指导水害防治中起了重要作用。
经过二十余年的深入研究和生产实践,该理论及其配套技术已日趋成熟和完善,并将收入规程指导生产应用。
为此,撰写此文,对该理论作较系统深入地论述,以便更好地掌握,促进推广应用。
1 “下三带”理论的概念自1979年开始,经过七年深入开采煤层底板内部进行综合观测,并结合模拟实验、电算分析等各项研究成果发现:开采煤层底板岩层也与采动覆岩类似存在着“三带”,故称之为“下三带”以示与覆岩中“三带”的区别。
“下三带”从煤层底面至含水层顶面分为:(1)底板导水破坏带(h1);(2)保护带(h2);(3)承压水导升带(h3)。
深井底板突水组合灰色物元判别系统及应用
深井底板突水组合灰色物元判别系统及应用孙明;郑文翔;张文泉;马凯【摘要】Prediction of water outburst in seam floor of mines is a complex theoretic and technical problem, which has characters of fuzziness, grey and incompatibility. By building the factor index system and getting nine main factors through the grey correlation, the contribution weights are ascertained by the entropy adjustment. According to the grey matter-element analysis theory, it builds the linear grey matter-element and optimal grey matter-element model respectively, the discrimination system of combined grey matter-element for water outburst in seam floor of deep mines is exploited by VB 6.0. The two module in parallel operation and mutual verification can much raise the result precision, it is basically capable of forecasting deep seam mining faces which are all threatened by the Ordo-vician limestone water. The answer of simulation analysis applying this system to the realistic water-bursting cases is in good accordance with the truth condition. The system will be of some values for controlling and preventing deep seam water-bursting from coal floor in complex state.%深井底板突水预测是一个复杂的理论与技术问题,具有模糊性、灰色性和不相容性的特点.建立了深井底板突水的主控指标体系,通过灰色关联分析得到主控因素,应用熵值调整法确定了各主控因素在突水过程中的贡献权重.根据灰色物元分析理论,分别建立了线性灰色物元判别模型和最优灰色物元判别模型,采用VB6.0开发了深井底板突水组合灰色物元判别系统.该系统两种模块的并列运行和相互验证提高了判别结果的准确程度,使系统初步具备了受承压水威胁的深井工作面的危险度预测功能.应用该系统进行深井突水案例的模拟结果与实际情况比较吻合,这表明该系统对深井复杂条件下的矿井底板突水预测具有较好的应用价值.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2011(039)006【总页数】5页(P36-40)【关键词】深井底板突水;主控指标体系;灰色关联度;熵值调整;灰色物元分析;判别系统【作者】孙明;郑文翔;张文泉;马凯【作者单位】内蒙古科技大学高职院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学高职院,内蒙古包头014010;山东科技大学资源与环境工程学院,山东青岛266510;内蒙古科技大学高职院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TD631;TD741近年来，随着我国煤矿开采深度的增加、强度的加大及下组煤大规模开发，矿井开采的地质条件日趋复杂多变，高水压、高地应力和高水温等给煤炭资源安全开采带来了极大挑战。
煤层顶底板涌(突)水风险评价与疏降水量预测研究
煤层顶底板涌（突）水风险评价与疏降水量预测研究我国是世界上产煤最多的国家,煤炭在我国国民经济中的地位举足轻重,在我国能源结构中持续占据主导地位,煤炭资源的开发利用是我国国民经济发展的现实需求。
由于我国地质构造条件以及水文地质条件相对十分复杂,煤矿水害问题是严重影响我国煤炭资源安全开采的主要危害之一,据资料统计,水害问题在煤矿重、特大事故中是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害,并且煤矿水害具有伤亡损失严重、抢险救援困难、恢复矿井时间长的特点。
顶底板水害是煤矿水害最重要的形式,对顶底板涌(突)水风险开展综合预测评价可以为煤矿矿井防治水工作提供理论指导和技术支撑,对于保障我国矿井水害的有效防治以及煤炭的安全开采具有重要的现实意义。
煤层底板涌(突)水是一种由多因素控制且具有复杂形成机理的非线性动力现象。
为了揭示各主控因素之间复杂的作用关系及对煤层底板涌(突)水的影响,基于GIS的多源信息融合技术,应用现代信息和数学技术,建立了两种底板涌(突)水评价模型:变权-未确知评价模型和随机森林评价模型。
未确知测度理论可以定量描述事物具有的未确知性的大小,采用该理论可以处理底板涌(突)水评价过程中的未确知信息。
相比于其他数学评价方法,未确知测度理论采用置信度识别准则,较之常用的测度函数中的最大隶属度准则更加合理,提高了评价结果的可靠性和精度。
该理论不仅实现了评价空间的分割的“有序性”,而且满足“可加性”和“归一性”原则,使得评价结果更加可信。
在确定权重的过程中,引入了变权理论,充分考虑了多种主控因素指标值在不同的组合状态水平下对煤层底板涌(突)水的控制作用。
模型能够处理高维数据,并且不用做特征选择,模型泛化能力强,可以平衡误差,尤其对于不平衡分类样本,仍能够保持很高的准确性,克服了其他机器学习算法普遍存在的收敛速度慢、局部极小的缺点。
最后将两种模型分别应用于大同煤田塔山煤矿和潘家窑煤矿底板涌(突)水评价中,取得了较好的效果,有效地提高了底板涌(突)水风险预测精度,为底板涌(突)水风险评价提供了坚实的理论基础,完善了底板涌(突)水评价方法理论。
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突变级数法在底板突水预测中的应用李建朋，母焕胜
（河北省交通规划设计院，河北石家庄050032）
［摘要］基于突变级数法基本原理，提出了一种新的煤层底板突水危险性多指标综合预测方
法。该方法选用含水层水压和富水性、断裂导水特性、隔水层层厚和构造发育情况作为评判指标，通过计算煤层底板突水实例的突变级数，并与其实际突水情况对照分析划分了突变级数的分类区间。依据此分类区间即可对煤层底板的突水危险性等级进行预测评判。最后，将该方法应用于样本外实例的突水预测中，并与实际情况对比分析，证明了其可行性与有效性。研究表明，该方法不需对指标赋权，可减少主观因素干扰，计算过程简单且预测结果较为准确可靠。［关键词］突变级数法；底板突水；危险性等级；预测方法
［中图分类号］TD745.2［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2018）03-0092-04ApplicationofCatastropheProgressionMethodonForecastFloorWaterInrushLIJian-peng，MUHuan-sheng（HebeiProvinceTransportationPlanning＆DesigningInstitute，Shijiazhuang050032，China）Abstract：Basedonfundamentalofcatastropheprogressionmethod，onenewmulti-indexsynthesisforecastmethodwasputforward，whichisforcoalseamfloorwaterinrushhazard.Thefollowingindexesasaquiferwaterpressureandwatery，fractureswaterdiversion，thicknessofwaterprooflayerandtectonicdistributionwereappliedasevaluationindexes.Accordingcatastropheprogressionofpracticalexampleoffloorwaterinrush，classificationofcatastropheprogressiononthebasisofpracticalinrushsituationwasdivided.Sowaterinrushhazardclassincoalseamfloorcouldbeforecastandevaluation.Atthelast，themethodwasappliedonotherexamples，andcontrasttothepracticalsituation，itsfeasibilityandeffectivenesswereverified.Theresultsshowedthatthemethoddidnotneedtobeempowered，sosubjectivefactorscouldbedecreasedinsomedegree，calculationprocesssimpleandforecastresultswasprecision.Keywords：catastropheprogressionmethod；floorwaterinrush；hazardsclass；forecastmethod
［收稿日期］2018－03－05［DOI］10.13532/j.cnki.cn11－3677/td.2018.03.023［基金项目］河北省交通运输厅科技项目（20130012）［作者简介］李建朋（1982－），男，河北石家庄人，博士，工程师，主要从事岩石力学与地质灾害勘察、评价方面的研究工作。［引用格式］李建朋，母焕胜.突变级数法在底板突水预测中的应用［J］．煤矿开采，2018，23（3）：92－95.
矿井突水是煤矿生产中的重大灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产，而对突水危险性的预测评判是防治突水灾害的前提，因而一直受到工程界的关心和重视。为预测突水灾害，国内外学者开展了大量研究工作，提出了很多理论和方法。突水系数法是众多突水预测理论与方法中被广泛采用的一种突水预测方法，然而，由于各种原因，该方法在实际防治突水工作中还存在一些值得探讨和研究的问题［1］。
近年来，人们探索了灰色聚类法
［2］、模糊理
论［3］、可拓学理论［4］、距离判别分析［5］、Fisher判别分析［6］、神经网络［7］、支持向量机［8］等方法应用于突水预测的可行性，这些成果对突水灾害防治产生了积极影响，但在应用过程中也遇到了一些困难，如缺乏合理可靠的指标客观赋权方法、评价过程复杂繁琐难以推广、内部计算过程暗箱化等。为此，本文基于突变级数法基本原理，提出了一种新的突水危险性等级预测方法。该方法选取了具有代表性的评判指标，无需事先给定指标权重，减少了评判过程中主观因素的干扰，且计算过程简单，方便实用。通过将该方法应用于样本外实例的突水预测中，证明了其可行性与有效性。1突变级数法基本原理突变级数法，是一种在多层次分解评价目标的基础上，利用归一公式求出总隶属函数值，即突变级数，从而进行决策评价的多指标综合评价方法［9］。该方法的应用需经历如下步骤：
（1）确定突变模型采用倒树状结构分解评
价目标，分解可以是多层次的，直到可以计量的子指标，分解示意见图1。进而根据评价目标的分解形式选择突变模型。尖点突变、燕尾突变和蝴蝶突变是3种常用的基本突变模型，其数学公式可表达为：
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第23卷第3期（总第142期）2018年6月煤矿开采
COALMININGTECHNOLOGYVol.23No.3（SeriesNo.142）June2018
中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net尖点突变：f（x）=x4+ax2+bx燕尾突变：f（x）=x5+ax3+bx2+cx蝴蝶突变：f（x）=x6+ax4+bx3+cx2+dx式中，x为突变系统中的1个状态变量，它用于描述系统的某一质态；f（x）为状态变量的势函数，a，b，c，d为状态变量的控制变量，用于表达系统的内在矛盾。图1常用的突变模型（2）评价指标数据的无量纲化处理为使各指标在综合评价过程中具有可比性，需对各指标实测数值进行无量纲化处理。对于数值越大评价结果等级越高的指标数据，采用式（1）处理；反之，则采用式（2）处理。Xi=xi－xminxmax－xmin（1）Xi=xmax－xixmax－xmin（2）式中，xmin，xmax分别为某一指标实测数据的最小值和最大值。（3）突变系统归一公式由突变理论可知，对势函数f（x）进行一阶求导，即令f'（x）=0，可求得该势函数的平衡曲面。对f'（x）再次求导，f″（x）=0，可得平衡曲面的奇点集。分歧点集方程可通过联立方程f'（x）=0和f″（x）=0求得，分解形式的分歧点集方程为：尖点突变：a=－6x2，b=8x3燕尾突变：a=－6x2，b=8x3，c=－3x4蝴蝶突变：a=－10x2，b=20x3，c=－15x4，d=4x5当控制变量的关系满足分歧方程时，系统将发生突变。将分歧方程进行推导引申，可得归一公式［9］如下：尖点突变：xa=a1/2，xb=b1/3燕尾突变：xa=a1/2，xb=b1/3，xc=c1/4蝴蝶突变：xa=a1/2，xb=b1/3，xc=c1/4，xd=d1/5式中，xa，xb，xc，xd分别表示控制变量a，b，c，d对应的突变级数值。（4）综合评判原则利用归一公式计算出的各评判指标（控制变量）的x值后，x的综合评判值的选取应遵循以下原则：若系统的各控制变量之
间不可相互替代，即满足非互补原则，按“大中取小”标准取值；若系统的各控制变量之间可以相互补充其不足则满足互补原则，取“平均值”。
逐层运用上述原则，即可求出总突变级数。
2底板突水危险性评价
2.1评判指标与突变模型选择
参考文献［6］选取了含水层水压（X1）、
富
水性（X2）、断裂导水特性（X3），构造发育情况
（X4）和隔水层层厚（X5）等5
个因素作为煤层底
板突水预测的评价指标，并将底板突水危险性划分为3个等级：I（突水几乎不会发生）、II（有突水
但对生产安全不构成威胁）、III（突水对生产安全造成严重影响）。根据突变级数法原理和本文选定的评价指标与突水危险性等级的关系组织指标体系，如图2所示。对比图2与图1可知，可以2次应用燕尾突变模型描述本文选定的评价指标体系。
图2突水危险性预测的评价指标体系2.2突水危险性级别与突变级数的对应关系
选用文献［6］给出的煤矿底板突水实例样本
数据，分别计算其突变级数。其中，含水层富水性、断裂导水特性和构造发育情况属于定性指标，其量化赋分规则［6］如下（括号内为相应等级的量化分值）：含水层富水性：小（0.0）、较小（0.3）、中等（0.5）、丰富（0.8）、极丰富
（1.0）；构造发育情况：不发育（0.1）、较不发育
（0.3）、较发育（0.5）、发育（0.8）、很发育
（1.0）；断裂导水特性：阻水（0.1）、无水
（0.3）、储水（0.5）、导水（0.8）、富水（1.0）。为保证综合评判时各指标数据之间的可综合性，对以上样本数据进行了无量纲化处理，结果见表1。由图2可知，突变级数计算需采用2次燕尾突变模型的归一公式，并分别采用“平均值”和“大中取小”的综合评判原则求得各样本对应的突
变级数，计算结果见表1。39
李建朋等：突变级数法在底板突水预测中的应用2018年第3期
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