[发明专利]一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法

说明书

本发明公开一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，包括获取煤矿的微震事件时空数据集；对微震事件时空数据集进行聚类分析，确定最优聚类簇个数，获取事件簇；获取事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征；获取事件簇质心的能量特征，基于事件簇质心的时空数据和能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征；获得覆岩断裂线扩展过程；获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到工作面覆岩断裂线特征示意图；根据所述事件簇质心的时空数据，得到定量化的覆岩断裂特征。本发明实现对覆岩断裂线扩展演化过程及延伸层位的精确分析，为工作面强矿压防治提供依据。

技术领域

本发明涉及矿山微震监测信号处理技术领域，特别是涉及一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法。

背景技术

随着煤矿采掘设备能力的增强以及开采工艺水平的提升，采场矿压显现越来越强烈。针对坚硬顶板条件下采场出现的强矿压现象，我国总结出一套现场观测、理论计算和数值模拟的研究方法。然而现有研究方法，虽在理论上解释了强矿压的产生原因，却未能准确的分析出覆岩的断裂失稳形态和断裂线的分布，从而对于岩层的断裂失稳活动难以做到精准分析和控制。

近年来，微震监测技术在煤矿的应用得到了快速发展，基于微震监测的冲击矿压理论水平与控制技术不断提高，采用微震信息研究矿压问题也越来越多地被业内所接受，在微震活动与应力场变化，扰动区断层活动的关系等领域进行了大量的研究。然而，受微震事件时空分布离散性、分析方法局限性的影响，目前在采用微震信息精准分析上覆岩层断裂裂缝的时空分布形态，并可靠分析岩层失稳及强来压机理方面一直难以突破。

因此，亟需一种工作面覆岩断裂特征定量分析方法，能够定量化地分析工作面覆岩断裂分布的时空特征，为工作面强矿压防治提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过对微震事件数据的聚类分析，实现对开采过程中形成的覆岩断裂特征、采空区最终形成的覆岩断裂特征，以及覆岩断裂扩展过程的分析。基于此，根据覆岩断裂线扩展演化过程及其延伸层位的精确分析，为工作面强矿压防治提供依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种工作面覆岩断裂特征定量化分析方法，包括以下步骤：

获取煤矿的微震事件时空数据集，其中，所述微震事件时空数据集包括若干微震事件时空数据样本；

对所述微震事件时空数据集进行聚类分析，根据评价指标确定最优聚类簇个数，基于所述最优聚类簇个数获取事件簇；

获取事件簇质心的时空数据，分析在时间序列下，覆岩在工作面开采过程中的断裂特征；

获取事件簇质心的能量特征，基于所述事件簇质心的时空数据和所述能量特征，分析在空间关系下，采空区最终形成的覆岩断裂特征；

基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，对断裂线联通过程进行分析，获得覆岩断裂线扩展过程；

基于所述工作面开采过程中的断裂特征和所述采空区最终形成的覆岩断裂特征，获得垂直于工作面推进方向上的断裂线分布，结合钻孔柱状图覆岩岩性信息，得到工作面覆岩断裂线特征示意图；

基于所述工作面覆岩断裂线特征示意图和所述覆岩断裂线扩展过程，根据所述事件簇质心的时空数据，得到定量化的覆岩断裂特征。

可选地，所述微震事件时空数据样本的特征包括时间t和空间三维坐标x、y、z。

可选地，对所述微震事件数据集进行聚类分析的过程中采用k-means聚类算法。

可选地，所述评价指标包括：

指标1：轮廓系数平均值；