1.一种矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,所述分区预测方法包括以下步骤:S1、收集矿区/工作面地层资料,建立采动覆岩工程地质模型,识别矿区/工作面采动覆岩的突水离层带;突水离层带包括由下向上叠置的下位隔水层、积水离层和上位岩层;
S2、基于步骤S1中识别的突水离层带赋存层位,确定影响发生强矿压‑携泥砂离层突水的影响因素,提出表征物源、水源、通道、动力源的独立综合指标计算公式,构建强矿压‑携泥砂离层突水危险性综合预测数学模型:式中,x、y分别是钻孔在x轴和y轴的坐标值;Is、Ir、Ip、Id分别表征溃砂物源评价指标、直接水源规模的评价指标、下位隔水层稳定性的评价指标、上位岩层稳定性的评价指标;
为近场顶板岩层泥岩占比;Pw为含水层水压;Kw为含水层渗透系数;L为工作面宽度;n为开采煤层层数;M为单层采高;Kp为近场顶板岩层碎胀系数,TCS1为近场顶板岩层厚度;TCS2为下位隔水层厚度;HCS2为下位隔水层顶板到煤层顶板距离;σCS2为下位隔水层单轴抗压强度;TCS3为下位隔水层厚度;HCS3为上位岩层顶板到煤层顶板距离;σCS3为上位岩层单轴抗压强度;
DCS3为上位岩层埋深;近场顶板岩层是指位于煤层顶板到突水离层带底板之间的岩层;
表示近场顶板岩层泥岩层累计厚度, 表示近场顶板岩层总厚度;
S3、将矿区/工作面上分布的所有钻孔各因素统计结果代入构建的强矿压‑携泥砂离层突水危险性综合预测数学模型,计算各钻孔的离层突水危险性等级综合评价指标P(x,y),对矿区/工作面进行危险性分区预测。
2.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S1中,步骤S1中,建立采动覆岩工程地质模型的过程包括以下步骤:根据矿区/工作面水文地质资料、矿区/工作面综合地层柱状图和地层剖面图,明确各岩层层系、厚度、岩性、结构和埋深;划分工程地质岩组,识别出煤层、主要含水层和隔水层。
3.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S1中,所述下位隔水层为包括泥岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩在内的低渗透性隔水岩层;上位岩层为充水含水层,岩性为细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩中的其中一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S2中,将近场顶板泥岩层占比作为溃砂物源评价指标,表达式如下:式中, 表示近场顶板岩层泥岩层累计厚度, 表示近场顶板岩层总厚度。
5.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S3中,钻孔含水层水压和含水层渗透系数尽量根据对应钻孔的测试结果确定,如果该钻孔未进行含水层抽水试验,则选取距离该钻孔最近的水文钻孔测试的含水层水压和含水层渗透系数,如果距离该钻孔最近的含水层抽水试验孔总数量大于1个,则取所有最近抽水试验孔测试的含水层水和渗透系数的平均值作为该钻孔处的数据。
6.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S3中,工作面宽度根据距离该钻孔最近的工作面设计值确定。
7.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S3中,近场顶板岩层碎胀系数根据钻孔揭露近场顶板岩性确定,如果钻孔近场顶板岩层泥岩累计厚度大于砂岩累计厚度,则取1.03,如果钻孔近场顶板岩层泥岩累计厚度小于砂岩累计厚度,则取1.035。
8.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S3中,下位隔水层和上位岩层单轴抗压强度根据该钻孔的取芯测试结果确定,如果该钻孔未进行岩芯取样测试,则选取距离该钻孔最近的钻孔测试的结果确定,如果距离该钻孔最近的取芯测试孔总数量大于1个,则取所有最近测试孔测试的下位隔水层和上位岩层单轴抗压强度平均值作为该钻孔处的数据。
9.根据权利要求1所述的矿区采动覆岩顶板突水复合灾害危险性分区预测方法,其特征在于,步骤S3中,计算各钻孔的离层突水危险性等级综合评价指标P(x,y),对矿区/工作面进行危险性分区预测的过程包括以下步骤:使用excel,将钻孔各因素统计结果代入强矿压‑携泥砂离层突水危险性综合预测数学模型,计算各钻孔的离层突水危险性等级综合评价指标P(x,y);
将钻孔坐标值和综合等级评价指标P(x,y)导入Arcgis软件,利用软件内置的Natural breaking分类方法,将评价指标P(x,y)分成5类,按照指标由低到高依次将矿区分为安全、较安全、中等、较危险、危险五个等级。