CN115826037B - 矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，包括：利用顶板暴露面积和顶板跨度，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；依据微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立***的安全完整性评估模型，并对***的安全完整性等级进行划分；依据最低合理可行准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型；计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据匹配关系模型，对待评估微震监测预警***的监测预警能力进行评估。采用本发明，能准确的对微震监测***的监测预警能力进行评估。
Description
技术领域
本发明涉及微震监测预警***的评估技术领域，特别是指矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。
背景技术
微震监测预警***已经广泛应用于国内矿山采空区地压活动的监测和预警工作中，但是对于矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力是否满足要求，由于相关技术层次不齐，目前还没有行之有效的评估方法，也没有形成专项的评估规范和法规，这给矿山采空区微震监测预警***的评估工作带来诸多难题。
发明内容
本发明提供了矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，用以对矿山采空区微震监测预警***监测预警能力进行评估。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，所述方法包括：
S1、利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
S2、依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
S3、依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
S4、计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估。
可选地，所述S1的利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级，具体包括：
计算出Mathews稳定性系数，然后依据所述Mathews稳定性系数与水力半径的相关关系确定所述水力半径；用所述水力半径表征顶板暴露面积；
根据所述顶板暴露面积的计算结果，参考国家安全生产管理总局发布的《金属非金属矿山大中型采空区调研报告》中的采空区分级标准，按照工程经验制定所述矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准；
依据制定的所述矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第一分级；
顶板跨度D与岩体质量Q有如下关系：D＝2×ESR×Q0.4，ESR为开挖体的支护比；
根据参考岩体Q值及岩体质量评价，并根据工程经验选取ESR的值，并计算得到所述顶板跨度的值；
根据矿山采空区顶板的实际情况，参考岩体Q值及岩体质量评价，确定顶板跨度的稳定性分级标准；
依据制定的所述矿山采空区顶板跨度的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第二分级；
对两个指标进行综合分级时，以所述第一分级和所述第二分级中安全性较低者，作为所述矿山采空区的失稳风险级别。
可选地，所述S2的依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分，具体包括：
人员行为安全相关子***的总分值Sr定义为：
技术工艺安全相关子***的总分值Sj定义为：
作业管理安全相关子***的总分值Sz定义为：
式中，sri为人员行为安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；sji为技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；szi为作业管理安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；α为各影响因素对应的得分系数，结合最佳实践的方法，将α分为1、2、3三个系数，分别对应：不满足、基本满足、满足，所述满足为全部达到设计要求；所述基本满足为基础功能可以实现，但没有全部达到设计要求；所述不满足为不能实现基础功能；
人员行为安全相关子***的评估得分为：
技术工艺安全相关子***的评估得分为:
作业管理安全相关子***的评估得分为:
根据人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的评估得分，确定其对应的子***安全完整性等级，并给出相应的指数赋值，所述指数赋值分别为1、2、3、4四个值；
综合三个安全相关子***的评估结果，将三个安全相关子***的安全完整性指标进行综合，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型：
T＝g(Tr，Tj，Tz) (公式7)
Tr、Tj、Tz取值越大，其与目标的偏离程度越大，距离越远，在三维评价模型中，其距离表示为空间距离：
对公式进行化简，得到矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G：
式中，tr(r＝1,2,3,4),tj(j＝1,2,3,4),tz(z＝1,2,3,4)分别为人员行为安全相关子***、技术工艺安全相关子***、作业管理安全相关子***的安全完整性的指数赋值；
根据所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平评估模型及各指数赋值，结合《金属非金属矿山大中型采空区调研报告》，将所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级。
可选地，所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级，具体包括：
当所述安全完整性指数G为[1.0，2.5)，所述安全完整性等级为SIL4，表示监测预警能力很强；
当所述安全完整性指数G为[2.5，4.0)，所述安全完整性等级为SIL3，表示监测预警能力较强；
当所述安全完整性指数G为[4.0，5.5)，所述安全完整性等级为SIL2，表示监测预警能力一般；
当所述安全完整性指数G为[5.5，7.0)，所述安全完整性等级为SIL1，表示监测预警能力较弱。
可选地，所述S3的依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***安全完整性需求，具体包括：
基于所述ALARP准则，将矿山采空区风险可接受准则划分为：
风险等级I，不可接受的：矿山采空区存在崩落可能，风险不可接受，需配备最高安全完整性等级的微震监测预警***，并采取有效措施消除或控制风险；
风险等级II，不期望的：矿山采空区较不稳定，风险不被期望，需配备安全完整性等级第二高的微震监测预警***，并在技术、经济合理情况下，进一步采取措施将风险降低至可接受水平；
风险等级Ⅲ，可忍受的：矿山采空区较稳定，风险可忍受，需配备安全完整性等级第三高的微震监测预警***，若有合理且可行措施，则进一步采取措施降低风险；
风险等级Ⅳ，普遍可接受的：矿山采空区稳定，风险可以接受，只需配置最低安全完整性等级的监测预警***，不需要采区其它措施；
基于所述矿山采空区风险可接受准则，结合矿山采空区微震监测预警***安全完整性的划分方法，构建所述矿山采空区的失稳风险等级与监测预警***的安全完整性等级间的所述匹配关系模型。
可选地，所述匹配关系模型，具体包括：
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL4，满足所有失稳风险水平矿山采空区的监测预警需求，但随着矿山采空区失稳风险水平的降低，矿山采空区的失稳风险等级与监测预警***的安全完整性等级间的匹配程度逐步降低；
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL3、SIL2和SIL1，分别表示第二、第三和最低安全完整性等级的监测预警***，最优匹配的矿山采空区失稳风险等级为Ⅲ、II和I，所述Ⅲ、II和I分别表示较不安全、较安全和安全；
当所述矿山采空区失稳风险等级高于所述矿山采空区微震监测预警***最优匹配的采空区失稳风险等级时，所述矿山采空区微震监测预警***不能满足所述矿山采空区失稳风险的监测预警需求。
可选地，所述S4的计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估，具体包括：
计算出所述待评估矿山采空区的顶板暴露面积和顶板跨度，根据所述顶板暴露面积和顶板跨度计算出所述待评估矿山采空区的失稳风险等级；
根据所述匹配关系模型，确定所述待评估矿山采空区的最优匹配监测预警***的安全完整性等级；
使用指标分析法和特定场景实验分析法，分别确定待评估矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的各影响因素对应的得分系数α；
根据各影响因素对应的得分系数α，计算三个子***的总分值和评估得分，并得到待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G和对应的安全完整性等级；
对比所述待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级和最优匹配监测预警***的安全完整性等级，评估所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力是否满足需求。
另一方面，提供了一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估装置，所述装置包括：
分级模块，用于利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
划分模块，用于依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
构建模块，用于依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
评估模块，用于计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估。
另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。
另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
不仅能准确的对矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估，而且有助于矿山企业选择经济技术最优的微震监测预警***，显著提升矿山的安全管理水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估装置框图；
图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了提供了一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，所述方法包括：
S1、利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
S2、依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
S3、依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
S4、计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估。
下面详细说明本发明实施例的一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，所述方法包括：
S1、利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
可选地，所述S1的利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级，具体包括：
计算出Mathews稳定性系数，然后依据所述Mathews稳定性系数与水力半径的相关关系确定所述水力半径；用所述水力半径表征顶板暴露面积；
由于水力半径可用表面积除以暴露面的周长的比值来表示，因此常使用水力半径表征顶板暴露面积。
根据所述顶板暴露面积的计算结果，参考国家安全生产管理总局发布的《金属非金属矿山大中型采空区调研报告》中的采空区分级标准，按照工程经验制定所述矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准；
依据制定的所述矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第一分级；
顶板跨度D与岩体质量Q有如下关系：D＝2×ESR×Q0.4，ESR为开挖体的支护比；
根据参考岩体Q值及岩体质量评价，并根据工程经验选取ESR的值，并计算得到所述顶板跨度的值；
根据矿山采空区顶板的实际情况，参考岩体Q值及岩体质量评价，确定顶板跨度的稳定性分级标准；
依据制定的所述矿山采空区顶板跨度的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第二分级；
对两个指标进行综合分级时，以所述第一分级和所述第二分级中安全性较低者，作为所述矿山采空区的失稳风险级别。
S2、依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
可选地，所述S2的依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分，具体包括：
可以采用英国健康与安全执行局(HSE)推荐的人因评估方法(HFAM)，结合最佳实践的方法，对人员行为安全相关子***的安全完整性进行分级，所述最佳实践的方法，是一个管理学概念，认为存在某种技术、方法、过程、活动或机制可以使生产或管理实践的结果达到最优，并减少出错的可能性，所述分级过程，具体包括：
人员行为安全相关子***的总分值Sr定义为：
技术工艺安全相关子***的总分值Sj定义为：
作业管理安全相关子***的总分值Sz定义为：
式中，sri为人员行为安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分，如表1所示，其中，生理、心理、专业技能为类别，各个类别包括其下面的各影响因素sji为技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分，如表2所示，其中，设计、施工、运行为类别，各个类别包括其下面的各影响因素；szi为作业管理安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分，如表3所示，其中，组织管理、制度规范、日常管理为类别，各个类别包括其下面的各影响因素；α为各影响因素对应的得分系数，结合最佳实践的方法，将α分为1、2、3三个系数，分别对应：不满足、基本满足、满足，所述满足为全部达到设计要求；所述基本满足为基础功能可以实现，但没有全部达到设计要求；所述不满足为不能实现基础功能；
表1人员行为安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分
表2技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分
表3作业管理安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分
人员行为安全相关子***的评估得分为：
技术工艺安全相关子***的评估得分为:
作业管理安全相关子***的评估得分为:
根据人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的评估得分，确定其对应的子***安全完整性等级，并给出相应的指数赋值，所述指数赋值分别为1、2、3、4四个值，如表4所示，其中，参照人因评估方法，得到本发明实施例的评估得分的分段区间。
表4三个安全相关子***的安全完整性分级
综合三个安全相关子***的评估结果，将三个安全相关子***的安全完整性指标进行综合，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型：
T＝g(Tr，Tj，Tz) (公式7)
Tr、Tj、Tz取值越大，其与目标的偏离程度越大，距离越远，在三维评价模型中，其距离表示为空间距离：
对公式进行化简，得到矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G：
式中，tr(r＝1,2,3,4),tj(j＝1,2,3,4),tz(z＝1,2,3,4)分别为人员行为安全相关子***、技术工艺安全相关子***、作业管理安全相关子***的安全完整性的指数赋值；
根据所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平评估模型及各指数赋值，结合《金属非金属矿山大中型采空区调研报告》，将所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级，如表5所示。
表5矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级
可选地，所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级，具体包括：
当所述安全完整性指数G为[1.0，2.5)，所述安全完整性等级为SIL4，表示监测预警能力很强；
当所述安全完整性指数G为[2.5，4.0)，所述安全完整性等级为SIL3，表示监测预警能力较强；
当所述安全完整性指数G为[4.0，5.5)，所述安全完整性等级为SIL2，表示监测预警能力一般；
当所述安全完整性指数G为[5.5，7.0)，所述安全完整性等级为SIL1，表示监测预警能力较弱。
矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平越高，即SIL值越大，表明矿山采空区微震监测预警***相关安全***能够在特定时间、状态下实现其采空区监测预警功能的能力越强。矿山采空区的失稳风险水平和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平的最优匹配，是实现安全生产和经济合理的最佳选择。
S3、依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
最低合理可行(As Low As Reasonable Practical,ALARP)准则，也被称为合理尽可能低的原则，基本思想是将风险划分为三个等级，降低风险与经济利益关联，三个风险等级分别代表“不可接受的”、“可接受的”和“广泛可接受的”风险。
本发明实施例基于ALARP准则，将矿山采空区风险可接受准则划分为：
风险等级I，不可接受的：矿山采空区存在崩落可能，风险不可接受，需配备最高安全完整性等级的微震监测预警***，并采取有效措施消除或控制风险；
风险等级II，不期望的：矿山采空区较不稳定，风险不被期望，需配备安全完整性等级第二高的微震监测预警***，并在技术、经济合理情况下，进一步采取措施将风险降低至可接受水平；
风险等级Ⅲ，可忍受的：矿山采空区较稳定，风险可忍受，需配备安全完整性等级第三高的微震监测预警***，若有合理且可行措施，则进一步采取措施降低风险；
风险等级Ⅳ，普遍可接受的：矿山采空区稳定，风险可以接受，只需配置最低安全完整性等级的监测预警***，不需要采区其它措施；
基于所述矿山采空区风险可接受准则，结合矿山采空区微震监测预警***安全完整性的划分方法，构建所述矿山采空区的失稳风险等级与监测预警***的安全完整性等级间的所述匹配关系模型，如表6所示。
表6矿山采空区的失稳风险等级与微震监测预警***的安全完整性等级的匹配关系模型
可选地，所述匹配关系模型，具体包括：
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL4，满足所有失稳风险水平矿山采空区的监测预警需求，但随着矿山采空区失稳风险水平的降低，矿山采空区的失稳风险等级与监测预警***的安全完整性等级间的匹配程度逐步降低；
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL3、SIL2和SIL1，分别表示第二、第三和最低安全完整性等级的监测预警***，最优匹配的矿山采空区失稳风险等级为Ⅲ、II和I，所述Ⅲ、II和I分别表示较不安全、较安全和安全；
当所述矿山采空区失稳风险等级高于所述矿山采空区微震监测预警***最优匹配的采空区失稳风险等级时，所述矿山采空区微震监测预警***不能满足所述矿山采空区失稳风险的监测预警需求。
S4、计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估。
可选地，所述S4的计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估，具体包括：
计算出所述待评估矿山采空区的顶板暴露面积和顶板跨度，根据所述顶板暴露面积和顶板跨度计算出所述待评估矿山采空区的失稳风险等级；
根据所述匹配关系模型，确定所述待评估矿山采空区的最优匹配监测预警***的安全完整性等级；
使用指标分析法和特定场景实验分析法，分别确定待评估矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的各影响因素对应的得分系数α；
所述指标分析法是根据各指标的实际情况，进行相应的分析。比如对于技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素中的传感器布置指标，依据传感器的有效探测范围，分析采空区的包络效果，并得到该影响因素对应的得分系数α；
之后，对暴雨和岩层破断场景下的微震监测预警***进行场景模拟分析，对各影响因素对应的得分系数α进行修正。
根据各影响因素对应的得分系数α，计算三个子***的总分值和评估得分，并得到待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G和对应的安全完整性等级；
对比所述待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级和最优匹配监测预警***的安全完整性等级，评估所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力是否满足需求。
本发明实施例以内蒙古某矿山采空区微震监测预警***为例，该矿山共有10个采空区。
根据顶板暴露面积的计算结果，并参考《金属非金属矿山大中型采空区调研报告》中的采空区分级标准，按照工程经验制定所述矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准；
本发明实施例按照此矿区顶板最不利的情况考虑，以顶板为灰岩的稳定性计算结果为参考，确定矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准，如表7所示。
表7矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准
对于顶板跨度的安全分级标准的选取，本发明实施例根据此矿山采空区顶板的实际情况，参考岩体Q值及岩体质量评价，并根据工程经验选取ESR的值，分别取为1.6、2.0、3.0来分别计算。由于大量采空区顶板岩体情况不确定，且后期回收顶板残矿，顶板最终暴露岩层为大理岩，因此，本发明实施例计算按照顶板最不利的情况考虑，以顶板为大理岩并基于Q***岩体分级的结果，计算顶板的最大无支护跨度，以此确定顶板跨度的安全分级标准，如表8所示。
表8顶板跨度的稳定性分级标准
依据本发明实施例制定的顶板暴露面积的稳定性分级标准和顶板跨度的稳定性分级标准，对采空区顶板的稳定性进行综合分级，结果如表9所示。
表9矿山采空区顶板的失稳风险分级
对表9的评估结果进行统计可以发现，本发明实施例中Ⅲ级及以下状况的采空区占采空区总数的90％，Ⅳ级(不安全)状况的采空区占空区总数的10％。
根据矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型(表6)，确定出不同失稳风险等级的矿山采空区的最优匹配微震监测预警***安全完整性等级，如表10所示。
表10不同矿山采空区的最优匹配微震监测预警***安全完整性等级
使用指标分析法和特定场景分析法，分别确定待评估矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的各影响因素对应的得分系数α；
先使用指标分析法得到各影响因素对应的得分系数α；
之后，对暴雨和岩层破断场景下的微震监测预警***进行场景模拟分析，对各影响因素对应的得分系数α进行修正；
根据修正后的各影响因素对应的得分系数α，计算三个子***的总分值，并计算得到三个子***的评估得分分别为84％、87％和93％，得到待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G和对应的安全完整性等级为SIL3。
将上述待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级，与表10中的采空区最优匹配安全完整性等级进行对比，可以发现目前的微震监测预警***，可以满足除1号采空区以外所有其它采空区地压活动的监测预警需求。鉴于1号采空区的风险等级超过微震监测预警***的监测预警能力，矿山需要加大1号采空区的治理力度，降低1号采空区对采空区微震监测预警***安全完整性的需求。此外，矿山企业也可以通过增加高风险采空区附近的监测传感器密度，选用性能更为先进的监测传感器等措施，提高现有采空区微震监测预警***的监测预警能力。
如图2所示，本发明实施例还提供一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估装置，所述装置包括：
分级模块210，用于利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
划分模块220，用于依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
构建模块230，用于依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
评估模块240，用于计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估。
本发明实施例提供的一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估装置，其功能结构与本发明实施例提供的一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法相对应，在此不再赘述。
图3是本发明实施例提供的一种电子设备300的结构示意图，该电子设备300可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessing units，CPU)301和一个或一个以上的存储器302，其中，所述存储器302中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器301加载并执行以实现上述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法的步骤。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
S2、依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
S3、依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
S4、计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估；
所述S2的依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分，具体包括：
人员行为安全相关子***的总分值Sr定义为：
技术工艺安全相关子***的总分值Sj定义为：
作业管理安全相关子***的总分值Sz定义为：
式中，sri为人员行为安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；sji为技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；szi为作业管理安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；α为各影响因素对应的得分系数，结合最佳实践的方法，将α分为1、2、3三个系数，分别对应：不满足、基本满足、满足，所述满足为全部达到设计要求；所述基本满足为基础功能可以实现，但没有全部达到设计要求；所述不满足为不能实现基础功能；
人员行为安全相关子***的评估得分为：
技术工艺安全相关子***的评估得分为:
作业管理安全相关子***的评估得分为:
根据人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的评估得分，确定其对应的子***安全完整性等级，并给出相应的指数赋值，所述指数赋值分别为1、2、3、4四个值；
综合三个安全相关子***的评估结果，将三个安全相关子***的安全完整性指标进行综合，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型：
T＝g(Tr,Tj,Tz) (公式7)
Tr、Tj、Tz取值越大，其与目标的偏离程度越大，距离越远，在三维评价模型中，其距离表示为空间距离：
对公式进行化简，得到矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G：
式中，tr、tj、tz分别为人员行为安全相关子***、技术工艺安全相关子***、作业管理安全相关子***的安全完整性的指数赋值，r＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；z＝1,2,3,4；
根据所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平评估模型及各指数赋值，将所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1的利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级，具体包括：
计算出Mathews稳定性系数，然后依据所述Mathews稳定性系数与水力半径的相关关系确定所述水力半径；用所述水力半径表征顶板暴露面积；
根据所述顶板暴露面积的计算结果，参考采空区分级标准，按照工程经验制定矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准；
依据制定的矿山采空区顶板暴露面积的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第一分级；
顶板跨度D与岩体质量Q有如下关系：D＝2×ESR×Q0.4，ESR为开挖体的支护比；
根据参考岩体Q值及岩体质量评价，并根据工程经验选取ESR的值，并计算得到所述顶板跨度的值；
根据矿山采空区顶板的实际情况，参考岩体Q值及岩体质量评价，确定顶板跨度的稳定性分级标准；
依据制定的矿山采空区顶板跨度的稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行第二分级；
对两个指标进行综合分级时，以所述第一分级和所述第二分级中安全性较低者，作为所述矿山采空区的失稳风险级别。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级，具体包括：
当所述安全完整性指数G为[1.0，2.5)，所述安全完整性等级为SIL4，表示监测预警能力很强；
当所述安全完整性指数G为[2.5，4.0)，所述安全完整性等级为SIL3，表示监测预警能力较强；
当所述安全完整性指数G为[4.0，5.5)，所述安全完整性等级为SIL2，表示监测预警能力一般；
当所述安全完整性指数G为[5.5，7.0)，所述安全完整性等级为SIL1，表示监测预警能力较弱。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S3的依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求，具体包括：
基于所述ALARP准则，将矿山采空区风险可接受准则划分为：
风险等级I，不可接受的：矿山采空区存在崩落可能，风险不可接受，需配备最高安全完整性等级的微震监测预警***，并采取有效措施消除或控制风险；
风险等级II，不期望的：矿山采空区较不稳定，风险不被期望，需配备安全完整性等级第二高的微震监测预警***，并在技术、经济合理情况下，进一步采取措施将风险降低至可接受水平；
风险等级III，可忍受的：矿山采空区较稳定，风险可忍受，需配备安全完整性等级第三高的微震监测预警***，若有合理且可行措施，则进一步采取措施降低风险；
风险等级Ⅳ，普遍可接受的：矿山采空区稳定，风险可以接受，只需配置最低安全完整性等级的监测预警***，不需要采区其它措施；
基于所述矿山采空区风险可接受准则，结合矿山采空区微震监测预警***安全完整性的划分方法，构建所述矿山采空区的失稳风险等级与监测预警***的安全完整性等级间的所述匹配关系模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述匹配关系模型，具体包括：
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL4，满足所有失稳风险水平矿山采空区的监测预警需求，但随着矿山采空区失稳风险水平的降低，矿山采空区的失稳风险等级与微震监测预警***的安全完整性等级间的匹配程度逐步降低；
当所述矿山采空区微震监测预警***的最高安全完整性等级为SIL3、SIL2和SIL1，分别表示第二、第三和最低安全完整性等级的微震监测预警***，最优匹配的矿山采空区失稳风险等级为III、II和I，所述III、II和I分别表示较不安全、较安全和安全；
当所述矿山采空区失稳风险等级高于所述矿山采空区微震监测预警***最优匹配的采空区失稳风险等级时，所述矿山采空区微震监测预警***不能满足所述矿山采空区失稳风险的监测预警需求。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4的计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估，具体包括：
计算出所述待评估矿山采空区的顶板暴露面积和顶板跨度，根据所述顶板暴露面积和顶板跨度计算出所述待评估矿山采空区的失稳风险等级；
根据所述匹配关系模型，确定所述待评估矿山采空区的最优匹配微震监测预警***的安全完整性等级；
使用指标分析法和特定场景实验分析法，分别确定待评估矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的各影响因素对应的得分系数α；
根据各影响因素对应的得分系数α，计算三个子***的总分值和评估得分，并得到待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G和对应的安全完整性等级；
对比所述待评估矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级和最优匹配微震监测预警***的安全完整性等级，评估所述待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力是否满足需求。
7.一种矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估装置，其特征在于，所述装置包括：
分级模块，用于利用顶板暴露面积和顶板跨度两个指标，对矿山采空区顶板稳定性进行计算，并依据矿山采空区顶板稳定性分级标准，对矿山采空区的失稳风险进行综合分级；
划分模块，用于依据所述矿山采空区微震监测预警***的人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的安全完整性的影响因素，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型，并对所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级进行划分；
构建模块，用于依据最低合理可行ALARP准则，构建矿山采空区的失稳风险等级和矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级之间的匹配关系模型，确定出不同失稳风险等级矿山采空区的微震监测预警***的安全完整性需求；
评估模块，用于计算出待评估矿山采空区的失稳风险等级和微震监测预警***的安全完整性等级，根据所述匹配关系模型，对待评估矿山采空区微震监测预警***的监测预警能力进行评估；
所述划分模块，具体用于：
人员行为安全相关子***的总分值Sr定义为：
技术工艺安全相关子***的总分值Sj定义为：
作业管理安全相关子***的总分值Sz定义为：
式中，sri为人员行为安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；sji为技术工艺安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；szi为作业管理安全相关子***的安全完整性的各影响因素赋分；α为各影响因素对应的得分系数，结合最佳实践的方法，将α分为1、2、3三个系数，分别对应：不满足、基本满足、满足，所述满足为全部达到设计要求；所述基本满足为基础功能可以实现，但没有全部达到设计要求；所述不满足为不能实现基础功能；
人员行为安全相关子***的评估得分为：
技术工艺安全相关子***的评估得分为:
作业管理安全相关子***的评估得分为:
根据人员行为、技术工艺和作业管理三个安全相关子***的评估得分，确定其对应的子***安全完整性等级，并给出相应的指数赋值，所述指数赋值分别为1、2、3、4四个值；
综合三个安全相关子***的评估结果，将三个安全相关子***的安全完整性指标进行综合，建立所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性评估模型：
T＝g(Tr,Tj,Tz) (公式7)
Tr、Tj、Tz取值越大，其与目标的偏离程度越大，距离越远，在三维评价模型中，其距离表示为空间距离：
对公式进行化简，得到矿山采空区微震监测预警***的安全完整性指数G：
式中，tr、tj、tz分别为人员行为安全相关子***、技术工艺安全相关子***、作业管理安全相关子***的安全完整性的指数赋值，r＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；z＝1,2,3,4；
根据所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性水平评估模型及各指数赋值，将所述矿山采空区微震监测预警***的安全完整性等级分为4个等级。
8.一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，其特征在于，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1－6任一项所述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，其特征在于，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1－6任一项所述矿山采空区微震监测预警***监测预警能力的评估方法。
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| GR01 | Patent grant | ||
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