基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测方法及系统与流程

本发明属于采空区安全风险识别，尤其涉及基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测方法及系统。

背景技术：

1、煤矿采空区地形地质条件复杂，隧道建造过程中易发生坍塌、涌水、大变形等问题。隧道施工风险分级与评价是隧道安全施工的前提和基础。国内外对隧道施工危险性评价开展了大量研究。在评价指标的选取上，包含岩层岩性、地下水位、不良地质构造、地形地貌等地质信息，施工机械、企业资质和安全组织等施工因素，但是对煤矿采空区岩溶隧道施工风险分级与评价针对性不强，无法体现岩溶区隧道的致灾机理。在隧道施工风险评价方法上，常用方法有层次分析法、专家评议法、事故树法、蒙特卡罗法、专家信心指数法、机器学习法等，依靠专家进行风险评价的定性分析法易受主观因素的影响，评价结果偏于保守。故障树法有许多分析步骤，很容易遗漏一些影响因素。神经网络方法需要大量的历史数据作为学习样本，而评价结果与样本的选择密切相关。由于不同地区的岩溶现象存在差异，利用特定地区的地质和水文地质调查获得的研究结果在其他地质工况中的适用性有待进一步的研究。

2、当前，大部分矿山企业采用风险分级管控机制，将安全风险按照不同的级别进行分级管理，但是，在监测过程中，使用的数据都是以往储存在系统中的数据，通过对历史数据进行分析进而对采空区进行监测和防控，对采空区数据监测的准确性较差，安全防控效果薄弱。

3、现有技术中没有提出过通过引入费歇尔信息矩阵，实现对采空区安全风险等级预测中本质矩阵等信息的求解，确定采空区安全风险等级。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术对采空区塌陷风险等级划分准确性差，在防治措施制定中现场施工作的安全性低，再者对采空区安全隐患预测中，工作效率低，需通入大量人力、物力和财力。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测方法及系统。

2、所述技术方案如下：基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测方法，包括以下步骤：

3、s1，针对矿区采空区风险划分，收集采空区风险数据并进行整理，构建采空区风险预测模型；

4、s2，利用费歇尔判别法建立采空区塌陷危险性综合预测模型；

5、s3，根据采空区不同的位置的风险机理，推算不同位置的风险发生概率。

6、在步骤s1中，构建采空区风险预测模型，包括以下步骤：

7、s1.1，将收集采空区风险数据进行归一化处理，归一化公式为：

8、

9、式中，le为将采空区风险值进行归一化的结果，ep为矿区采空区风险划分中获取的三级风险指标的划分值，f为置信区间，mn为所获得划分值中的最小的风险数据，de为所获得划分值中的最大的风险数据，fe为所进行数据的整理中的最大的数据；

10、s1.2，采空区风险预测模型确定：以判断准则a和判断准则b计算的结果最小值，确定最能表征采空区风险指标预测值的采空区风险预测模型；判断准则a和判断准则b的获取公式为：

11、

12、

13、

14、式中，a为采空塌陷特征下采空区风险预测矩阵与采空变形特征下采空区风险预测矩阵取对数集合下在三级风险指标预测中的准则，b为采空塌陷特征下采空区风险预测矩阵与采空变形特征下采空区风险预测矩阵取对数集合下在某一级风险指标预测中的准则，i为风险指标预测值的某一维度，m1i为采空塌陷特征下采空区风险预测矩阵，m2i为采空变形特征下采空区风险预测矩阵，t为通过判断准则a或判断准则b选取的最优采空区风险指标预测值的个数，t为风险指标预测值的维度，z1i为采空塌陷特征下断层影响因素，z2i为采空变形特征下断层影响因素。

15、进一步，构建采空区风险预测模型后还需进行：将三级风险指标归一化后的预测数据输入采空区风险预测模型，输出采空区风险预测模型条件化下采空区塌陷区域的塌陷危险值分布。

16、进一步，所述采空区风险预测模型条件化下采空区塌陷区域的塌陷危险值分布包括：计算边缘性系数c、断层因素影响性系数d和非塌陷性系数e指标确定塌陷的发展趋势与采空区地质条件之间的关系。

17、进一步，边缘性系数c的计算公式为：

18、

19、式中，c为边缘性系数，xl是某阶段采空区塌陷区域内的采空区地质条件数据的平均值，xp为整个采空区塌陷区域内的采空区地质条件数据的平均值，l为某阶段采空区塌陷区域，p为整个采空区塌陷区域，lp为xp的标准差。

20、进一步，断层因素影响性系数d计算公式为：

21、

22、式中，ll是某阶段采空区塌陷区域内的采空区地质条件数据的平均值xl的标准差。

23、进一步，非塌陷性系数e是某阶段采空区塌陷区域l的倒数，表达式为：

24、

25、根据采空区风险预测模型计算得到的特征矩阵就是塌陷的发展趋势与采空区地质条件之间的关系，分析出在各个区域内影响塌陷的发展趋势的断层影响因素；通过计算出特征矩阵，提取最大几率达到要求的前t个因子生成采空区风险等级图，采空区风险等级图确定各个区域内塌陷的发展趋势风险程度和分布状况。

26、在步骤s2中，利用费歇尔判别法建立采空区塌陷危险性综合预测模型，包括：进行采空塌陷特征与变形分析，通过对采空区地表塌陷机理的分析，根据现场实勘和物探探测到的破坏贯通通道位置综合分析，获取此次塌陷破坏后的情况符合破坏区域自顶板至地表呈竖直管道状的特点，得出此次塌陷破坏机理为抽冒片帮型地面塌陷；通过理论分析、对比计算比较、物探坑道位置分析以及对比数值模拟判断塌陷过程中断层是否为塌陷产生的诱发因素。

27、在步骤s3中，根据采空区不同的位置的风险机理，推算不同位置的风险发生概率，包括：通过选择费歇尔方法进行建模分析，并与老采空区实际情况进行对比验证分析，并利用模糊综合评判法对某铁矿采空区稳定性进行风险评价，获得不同位置的风险发生概率；利用模糊综合评判法对某铁矿采空区稳定性进行风险评价中设定高易发风险、中易发风险和低易发风险三个风险等级，针对断层存在因素和其他因素这两大类影响因子，其他因素包含采空区洞室高度、地面是否分布居民区与道路和围岩性质三个子因素，对各因素进行权重分配后，基于评判矩阵和最大隶属度原则确定矿区内各采空区风险等级，划分出不同风险等级的区域。

28、本发明的另一目的在于提供一种基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测系统，该系统实施所述的基于费歇尔判别法的采空区安全风险等级预测方法，该系统包括：

29、采空区风险预测模型构建模块，用于针对矿区采空区风险划分，收集采空区风险数据并进行整理，构建采空区风险预测模型；

30、采空区塌陷危险性综合预测模型构建模块，用于利用费歇尔判别法建立采空区塌陷危险性综合预测模型；

31、风险发生概率推算模块，用于根据采空区不同的位置的风险机理，推算不同位置的风险发生概率。

32、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明进行了采空塌陷特征与变形分析：通过对采空区地表塌陷机理的分析，根据现场实勘和物探探测到的破坏贯通通道位置综合分析，此次塌陷破坏后的情况符合破坏区域自顶板至地表呈竖直管道状的特点，得出此次塌陷破坏机理为抽冒片帮型地面塌陷。而断层在此次塌陷过程中所产生的影响，判断其是否为塌陷产生的主要诱发因素。为此，拟通过理论分析、对比计算比较、物探坑道位置分析以及对比数值模拟有无断层的结果进行确定。

33、本发明进行采空区风险评价：选择改进的费歇尔方法进行建模分析，并与老采空区实际情况进行对比验证分析，并利用模糊综合评判法对某铁矿采空区稳定性进行风险评价。设定了高易发风险、中易发风险和低易发风险三个风险等级，考虑了断层存在因素和其他因素这两大类影响因子，其他因素包含采空区洞室高度、地面是否分布居民区与道路和围岩性质这三个子因素。对各因素进行权重分配后，基于评判矩阵和最大隶属度原则确定了矿区内各采空区风险等级，划分出不同风险等级的区域，指导后续有针对性的进行综合治理。