煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法与流程

本发明涉及煤与瓦斯领域，具体涉及一种煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法。
背景技术：
由于煤与瓦斯突出事故的突发性及破坏性，事故现场数据采集难度较大，导致事故责任划分认定缺乏一定的科学性。因此，在现场调研的基础上，在实验室利用相关大型模拟试验装置反演事故发生的全过程对事故调查分析以及突出机理研究具有重要意义。而试验的参数选择及反演相似度直接影响事故调查分析的科学性及准确性，现有煤与瓦斯突出反演相似度仅是通过对当前采集数据的煤与瓦斯突出的现场和反演情况进行对比粗略得到，并未考虑到煤与瓦斯突出是一个动态过程，动态过程的各个阶段相互影响的情况，反演还原的情况没有一种精确有效的评价方法，来为进行突出事故的反演调查分析及机理以及反演模拟试验的改进提供支撑，因此，需要提出一种煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法，考虑到煤与瓦斯突出动态过程，结合煤与瓦斯突出的实际工况，建立煤与瓦斯突出反演相似度的模型，实现了对煤与瓦斯突出反演与煤与瓦斯突出事故现场相似度的评价，为进行突出事故的反演调查分析及机理以及反演方法、装置和模拟试验的改进提供支撑。本发明提供一种煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法，包括步骤s1：采集影响煤与瓦斯突出因素的现场参数，确定现场参数对应的反演参数；s2：计算各个现场参数与反演参数的相似性系数；s3：将煤与瓦斯突出全过程划分为三个阶段，即孕育激发阶段、发展阶段和终止阶段，分别计算三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度；s4：根据三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度，计算煤与瓦斯突出全过程反演相似度；s5：建立对煤与瓦斯突出反演相似度评价的标准模型，对煤与瓦斯突出全过程反演相似度进行评价。进一步，所述影响煤与瓦斯突出的因素包括应力、气体压力、突出煤强度、突出煤密度、孔隙率、吸附常数、突出煤抗剪强度、巷道直径、气体密度、解吸速率、突出孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量。进一步，所述各个现场参数与反演参数的相似性系数的计算公式为：其中，aip为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的现场参数；aim为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的反演参数；ni为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的现场参数与反演参数的相似性系数。进一步，所述步骤s4中煤与瓦斯突出全过程反演相似度的计算公式为：其中，j＝1表示煤与瓦斯突出过程的孕育激发阶段；j＝2表示煤与瓦斯突出过程的发展阶段；j＝3表示煤与瓦斯突出过程的终止阶段；λj为煤与瓦斯突出过程各阶段的反演相似度的权重系数；nj为煤与瓦斯突出各阶段的反演相似度。进一步，所述步骤s3中三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的计算公式为：其中，n'jk为只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度；xjk为只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度的影响系数，j≥k，且1≤k≤3，k＝1表示煤与瓦斯突出过程的孕育激发阶段；k＝2表示煤与瓦斯突出过程的发展阶段；k＝3表示煤与瓦斯突出过程的终止阶段。进一步，所述xjk的计算公式为：xjk＝βj-k(1-β)k-1(4)其中，β为影响系数，0<β<0.5。进一步，所述n'jk采用层次分析法进行确定，具体步骤包括：a.将只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度作为决策层因素；将现场参数与反演参数的相似性系数作为准则层的元素，按照层次分析法建立煤与瓦斯突出各阶段反演相似度评价的逐级递进式层次结构模型；b.构建各个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的判断矩阵；c.计算单一准则下的排序权向量和最大特征值；d.对所述判断矩阵进行一致性检验，若满足一致性要求，则得到只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度n'jk，否则返回步骤b；所述影响孕育激发阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括应力、气体压力、突出煤强度、突出煤密度、突出煤孔隙率和吸附常数；所述影响发展阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括突出煤抗剪强度、巷道直径、气体密度和解吸速率；所述影响终止阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括突出孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量。进一步，所述(2)中λ1的取值范围为0.3～0.5，λ2的取值范围为0.3～0.5，λ3的取值范围为0.1～0.3，且λ1+λ2+λ3＝1。进一步，所述步骤s1包括s101：采集影响煤与瓦斯突出因素的现场参数，将影响煤与瓦斯突出因素分别关键因素和辅助因素；设定关键因素对应的现场参数为关键现场参数，关键因素对应的反演参数为关键反演参数，辅助因素对应的现场参数为辅助现场参数，辅助因素对应的反演参数为辅助反演参数；s102：根据关键现场参数确定关键反演参数；s103：根据关键反演参数进行煤与瓦斯突出模拟试验，获得辅助反演参数。进一步，所述步骤s5中对煤与瓦斯突出反演相似度评价的标准模型为当r＜10时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为高度相似；当10≤r＜30时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为勉强相似；当r≥30时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为不相似。本发明的有益效果：本发明考虑到煤与瓦斯突出动态过程，结合煤与瓦斯突出的实际工况，建立煤与瓦斯突出反演相似度的模型，实现了对煤与瓦斯突出反演与煤与瓦斯突出事故现场相似度的评价，为进行突出事故的反演调查分析及机理以及反演方法、装置和模拟试验的改进提供支撑。附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明的方法流程图；图2为煤与瓦斯突出反演相似度评价的逐级递进式层次结构模型。具体实施方式如图1所示，本发明提供的一种煤与瓦斯突出反演相似度的评价方法包括下步骤：s1：采集影响煤与瓦斯突出因素的现场参数，确定现场参数对应的反演参数；s2：计算各个现场参数与反演参数的相似性系数；s3：将煤与瓦斯突出全过程划分为三个阶段，即孕育激发阶段、发展阶段和终止阶段，分别计算三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度；s4：根据三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度，计算煤与瓦斯突出全过程反演相似度；s5：建立对煤与瓦斯突出反演相似度评价的标准模型，对煤与瓦斯突出全过程反演相似度进行评价。通过上述方法，考虑到煤与瓦斯突出动态过程，结合煤与瓦斯突出的实际工况，建立煤与瓦斯突出反演相似度的模型，实现了对煤与瓦斯突出反演与煤与瓦斯突出事故现场相似度的评价，为进行突出事故的反演调查分析及机理以及反演方法、装置和模拟试验的改进提供支撑。本实施例中，煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象，突出过程就是一个能量释放的动态过程。根据瓦斯突出过程的特征，一般认为突出的发生和发展要经历3个阶段，包括孕育激发阶段、发展阶段和终止阶段。孕育激发阶段是指采掘作业使原本由采掘空间内煤岩体承受的载荷向周围煤岩体转移，周围煤岩体承受更高的载荷而发生强度破坏、应变软化、流动变形，当煤岩的变形和破坏达到了某种临界条件，或外界突然施加了一个扰动载荷，使煤岩破坏并失去承载能力，其中储存的弹性势能和瓦斯内能快速释放，导致失稳煤岩被快速破坏和抛出，并形成了最初的突出孔洞的煤与瓦斯突出过程的阶段。发展阶段是指突出激发后，煤体在地应力、瓦斯压力的共同作用下快速破坏并被抛出，突出孔洞也逐渐发展扩大的煤与瓦斯突出过程的阶段。终止阶段是指突出孔洞内不足以聚积足够高的瓦斯压力而再次抛出其中的破碎煤岩时，孔洞最终趋于稳定，突出即告终止的煤与瓦斯突出过程的阶段。本实施例中，所述影响煤与瓦斯突出的因素包括应力、气体压力、突出煤强度、突出煤密度、孔隙率、吸附常数、突出煤抗剪强度、巷道直径、气体密度、解吸速率、突出孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量。本实施例中，所述各个现场参数与反演参数的相似性系数的计算公式为：其中，aip为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的现场参数；aim为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的反演参数；ni为第i种影响煤与瓦斯突出的因素的现场参数与反演参数的相似性系数。本实施例中，所述步骤s4中煤与瓦斯突出全过程反演相似度的计算公式为：其中，j＝1表示煤与瓦斯突出过程的孕育激发阶段；j＝2表示煤与瓦斯突出过程的发展阶段；j＝3表示煤与瓦斯突出过程的终止阶段；λj为煤与瓦斯突出过程各阶段的反演相似度的权重系数；nj为煤与瓦斯突出各阶段的反演相似度。本实施例中，所述步骤s3中三个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的计算公式为：其中，n'jk为只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度；xjk为只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度的影响系数，j≥k，且1≤k≤3，k＝1表示煤与瓦斯突出过程的孕育激发阶段；k＝2表示煤与瓦斯突出过程的发展阶段；k＝3表示煤与瓦斯突出过程的终止阶段。本实施例中，计算终止阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的计算公式为n3＝x31n'31+x32n'32+x33n'33(5)(5)式中等式右边的多项式，依次表示只考虑孕育激发阶段影响的终止阶段相似度、只考虑发展阶段影响的终止阶段相似度、和只考虑终止阶段影响的终止阶段相似度。计算发展阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的计算公式为n2＝x21n'21+x22n'22(6)(6)式中等式右边的多项式，依次表示只考虑孕育激发阶段影响的发展阶段相似度、只考虑发展阶段影响的发展阶段相似度。计算孕育激发阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的计算公式为n1＝x11n'11(7)(7)式中等式右边的多项式，表示只考虑孕育激发阶段影响的虑孕育激发相似度。只考虑第k阶段影响的第j阶段相似度n'jk中第k阶段影响是指第k阶段中影响煤与瓦斯突出的因素的对第j阶段相似度的影响。本实施例中，考虑煤与瓦斯突出是一个动态过程，故通过将当前阶段的煤与瓦斯突出反演相似度划分为分别只考虑各个阶段影响的当前阶段相似度，结合实际工况，动态考虑各个阶段对当前阶段的影响，在提高了相似度评价的准确性和实用性的同时，使得该相似度的评价方法适用范围更广。本实施例中，所述xjk的计算公式为：xjk＝βj-k(1-β)k-1(4)其中，β为影响系数，0<β<0.5。本实施例中，(4)中的β根据查询β表来选取，所述β表是根据长期对各个阶段煤与瓦斯突出试验分析总结形成，依据各阶段突出过程的应力、气体压力与突出煤强度的情况进行选取，具体的β数据如表1所示：表1β的选取条件β值a1p≥a2p，且a3p>5mpa0.1～0.2a1p≥a2p，且a3p≤5mpa0.2～0.3a1p<10×a2p，且a3p>5mpa0.3～0.4a1p<10×a2p，且a3p≤5mpa0.4～0.5表1中，a1p为应力因素的现场参数，a2p为气体压力因素的现场参数，a3p为突出煤强度因素的现场参数。本实施例中，所述n'jk采用层次分析法进行确定，具体步骤包括：a.将只考虑第k阶段影响的第j阶段反演相似度作为决策层因素；将现场参数与反演参数的相似性系数作为准则层的元素，按照层次分析法建立煤与瓦斯突出各阶段反演相似度评价的逐级递进式层次结构模型；b.构建各个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的判断矩阵，具体如下：根据专家打分法两两比较对指标的影响程度，确定各元素权重，用数字1～9及其倒数表示，构建各个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的判断矩阵m，判断矩阵m中的元素定义如下：其中，ni和nt分别表示第i种和第t种煤与瓦斯突出的因素的现场参数与反演参数的相似性系数。在本实施例中，由于影响煤与瓦斯突出的因素包括13种因素，故1≤i≤13，1≤t≤13，且i和t均为正数。mit表示ni与nt对上层某个指标的影响程度，mit>0；某层指标为t＝[n1,n2,...,ni]；c.计算单一准则下的排序权向量和最大特征值，具体如下：根据各个阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的判断矩阵m，所述准则层各元素的相对权重y和最大特征值ηmax的计算过程如下：其中，r为整数，且1≤r≤13。d.对所述判断矩阵进行一致性检验，若满足一致性要求，则得到只考虑第k阶段影响的第j阶段相似度n'jk，否则返回步骤b；对所述判断矩阵进行一致性检验具体如下：一致性比例当随机一致性比率cr<0.1时，认为判断矩阵一致性满足要求，其中，ci为一致性指标，且ri为随机一致性指标，可通过查表获得。所述影响孕育激发阶段的煤与瓦斯突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括应力、气体压力、突出煤强度、突出煤密度、突出煤孔隙率和吸附常数；所述影响发展阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括突出煤抗剪强度、巷道直径、气体密度和解吸速率；所述影响终止阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的煤与瓦斯突出的因素包括突出孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量。如图2，所述煤与瓦斯突出反演相似度评价的逐级递进式层次结构模型包括三个子层次结构模型，分别为影响孕育激发阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型、影响发展阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型和影响终止阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型。所述影响孕育激发阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型将孕育激发阶段的煤与瓦斯突出反演相似度作为决策层因素，将应力、气体压力、突出煤强度、突出煤密度、突出煤孔隙率和吸附常数因素的现场参数与反演参数的相似性系数作为准则层的元素；所述影响发展阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型将发展阶段的煤与瓦斯突出反演相似度作为决策层因素，将煤抗剪强度、巷道直径、气体密度和解吸速率因素的现场参数与反演参数的相似性系数作为准则层的元素；所述影响终止阶段的煤与瓦斯突出突出反演相似度的层次结构模型将终止阶段的煤与瓦斯突出反演相似度作为决策层因素，将孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量因素的现场参数与反演参数的相似性系数作为准则层的元素；本实施例中，所述(2)中λ1的取值范围为0.3～0.5，λ2的取值范围为0.3～0.5，λ3的取值范围为0.1～0.3，且λ1+λ2+λ3＝1。综合考虑到煤与瓦斯突出反演过程主要是模拟孕育激发阶段和发展阶段的煤与瓦斯突出突出反演过程，设定所述煤与瓦斯突出过程各阶段的反演相似度的权重系数分别为λ1＝0.4，λ2＝0.4，λ3＝0.2。本实施例中，所述步骤s1包括s101：采集影响煤与瓦斯突出因素的现场参数，将影响煤与瓦斯突出因素分别关键因素和辅助因素；设定关键因素对应的现场参数为关键现场参数，关键因素对应的反演参数为关键反演参数，辅助因素对应的现场参数为辅助现场参数，辅助因素对应的反演参数为辅助反演参数；本实施例中，将应力、气体压力、突出煤强度和突出煤密度作为关键因素；将孔隙率、吸附常数、突出煤抗剪强度、巷道直径、气体密度、解吸速率、突出孔洞尺寸、突出煤量、涌出瓦斯量作为辅助因素。s102：根据关键现场参数确定关键反演参数，包括步骤：a、设定应力、气体压力、突出煤强度和突出煤密度因素的现场参数与反演参数的相似性系数分别为n1、n2、n3、n4，初始化n1＝0，n2＝0，n3＝0，n4＝0，设定参数b，初始化b＝0，；b、令参数b增加0.1；c、根据n1的更新规则对n1进行更新；d、根据n1的约束判断条件，对更新后n1进行判断，若满足n1的约束判断条件，则进入步骤e；若不满足n1的约束判断条件则返回步骤c；e、根据n2的更新规则对n2进行更新；f、根据n2的约束判断条件，对更新后n2进行判断，若满足n2的约束判断条件，则进入步骤g；若不满足n2的约束判断条件则返回步骤e；g、根据n3的更新规则对n3进行更新；h、根据n3的约束判断条件，对更新后n3进行判断，若满足n3的约束判断条件，则进入步骤i；若不满足n3的约束判断条件则返回步骤g；i、根据n4的更新规则对n4进行更新；j、根据n4的约束判断条件，对更新后n4进行判断，若满足n4的约束判断条件，则进入步骤k；若不满足n4的约束判断条件则返回步骤i；k、判断n1＝n2＝n3是否成立，若成立，则根据公式(1)得到关键因素的反演参数a1m、a2m、a3m、a4m；若不成立，则返回步骤b。其中，n1的更新规则为令n1与b相加得到更新后的n1；n2的更新规则为令n2与b相加得到更新后的n2；n3的更新规则为令n3与b相加得到更新后的n3；n4的更新规则为令n4与b相加得到更新后的n4；n1的约束判断条件为其中，a1p为应力因素的现场参数；n2的约束判断条件为其中，a2p为气体压力因素的现场参数；n3的约束判断条件为其中，a3p为突出煤强度因素的现场参数；n4的约束判断条件为其中，a4p为突出煤密度因素的现场参数；a1m为应力因素的反演参数、a2m为气体压力因素的反演参数、a3m为突出煤强度因素的反演参数、a4m为突出煤密度因素的反演参数。s103：根据关键反演参数进行煤与瓦斯突出模拟试验，获得辅助反演参数。本实施例中，利用发明专利“一种煤与瓦斯突出模拟装置”(申请公布号：cn103529180a)中记载的装置进行煤与瓦斯突出模拟试验得到辅助反演参数。通过长期的试验分析，利用上述方法和装置进行煤与瓦斯突出的反演，则表1中：当a1p≥a2p，且a3p>5mpa时，β取0.18；a1p≥a2p，且a3p≤5mpa时，β取0.27；a1p<10×a2p，且a3p>5mpa，β取0.3；a1p<10×a2p，且a3p≤5mpa，β取0.45。所述步骤s5中对煤与瓦斯突出反演相似度评价的标准模型为当r＜10时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为高度相似；当10≤r＜30时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为勉强相似；当r≥30时，评价煤与瓦斯突出反演相似度为不相似。所述高度相似是指煤与瓦斯突出反演情况能够高度反映现场情况，当煤与瓦斯突出反演相似度评价为高度相似时，当前使用的反演方法和/或反演装置达到了相似度要求，可将当前使用的反演方法和/或反演装置继续投入试验。所述勉强相似是指煤与瓦斯突出反演情况能够基本反映现场情况，但在反应突出过程的一些细节上精度太低，并未反应到突出过程的一些细节，当煤与瓦斯突出反演相似度评价为勉强相似时，当前使用的反演方法和/或反演装置勉强达到了相似度要求，但是反演方法和/或反演装置的精度有待提高，需对反演方法和/或反演装置的设计进行优化；所述不相似是指煤与瓦斯突出反演情况不能反映现场情况，当煤与瓦斯突出相似度反演相似度评价为不相似时，当前使用的反演方法和/或反演装置不具有实用性，需要设计煤与瓦斯突出的反演方法和/或反演装置。本实施例中，所述现场参数为在煤与瓦斯突出现场采集影响煤与瓦斯突出因素的参数，所述反演参数为现场参数通过步骤s101、s102、s103获得的关键反演参数或辅助反演参数。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12