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专利号: 2024113502368
申请人: 临沂大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,包括:步骤S1:获取下采阶段划分数据、区域历史作业系数、区域实时作业系数以及高密度基坑区域,对区域历史作业系数、区域实时作业系数进行分析得到区域下采风险系数,将区域下采风险系数和高密度基坑区域定义为区域下采作业数据;

步骤S2:分析区域下采作业数据将高密度基坑区域的基坑划分为第一类型基坑和第二类型基坑,对第二类型基坑进行水文分析,得到特征基坑数量面积比、基坑平均突涌深度数值以及基坑平均突涌压力数值,分析特征基坑数量面积比、基坑平均突涌深度数值以及基坑平均突涌压力数值得到区域水文风险系数,将特征基坑数量面积比和区域水文风险系数定义为区域水文分析数据;

步骤S3:分析区域下采作业数据和区域水文分析数据,得到高密度基坑区域对应的基坑平均岩体孔隙度、基坑深度数值以及基坑空气湿度数值,将基坑平均岩体孔隙度、基坑深度数值以及基坑空气湿度数值通过计算得到区域地质风险系数;

步骤S4:将区域下采风险系数、区域水文风险系数以及区域地质风险系数通过计算得到作业风险总体系数,通过比较作业风险总体系数与阈值进行作业风险评估。

2.根据权利要求1所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S1中,还包括具体以下步骤:步骤S11:获取区域下采作业工程数据,根据区域下采作业工程数据将区域下采作业工程按照时间顺序划分为b个下采作业阶段,并将其分别命名为第一下采作业阶段至第b下采作业阶段,得到下采阶段划分数据;

步骤S12:对目标下采作业区域进行历史作业数据分析,得到区域历史作业系数;

步骤S13:对目标下采作业区域进行实时作业数据分析,得到区域实时作业系数;

步骤S14:对区域历史作业系数和区域实时作业系数进行求和,得到区域下采风险系数;

步骤S15:将区域下采风险系数和高密度基坑区域定义为区域下采作业数据。

3.根据权利要求2所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S12中,还包括具体以下步骤:步骤S121:获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段开始之前对应的岩层开采深度,得到第一岩层开采深度,获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段对应的岩层目标开采深度,得到第二岩层开采深度,计算第二岩层开采深度与第一岩层开采深度的差值,并对所得差值取绝对值,得到阶段岩层开采深度;

步骤S122:获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段开始之前对应的岩层开采面积,得到第一岩层开采面积,获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段对应的岩层目标开采面积,得到第二岩层开采面积,计算第一岩层开采面积与第二岩层开采面积的差值,并对所得差值取绝对值,得到阶段岩层开采面积;

步骤S123:获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段开始之前对应的开采基坑数量,得到第一基坑数量值,获取目标下采作业区域在第a下采作业阶段对应的目标开采基坑数量,得到第二基坑数量;

步骤S124:计算第一基坑数量值与第一岩层开采面积的比值,得到第一基坑数量面积比,计算第二基坑数量值与第二岩层开采面积的比值,得到第二基坑数量面积比,计算第一基坑数量面积比与第二基坑面积数量比的差值,并对所得差值取绝对值,得到阶段基坑面积数量比;

步骤S125:将阶段岩层开采深度、阶段岩层开采面积以及阶段基坑面积数量比通过计算得到第a下采作业阶段对应的区域历史作业系数;

对第a下采作业阶段对应的区域历史作业系数进行计算,具体如下:;

其中,Ygz为区域历史作业系数,Jsd为阶段岩层开采深度,Jmj为阶段岩层开采面积,Mjb为阶段基坑面积数量比。

4.根据权利要求2所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S13中,还包括具体以下步骤:步骤S131:在对目标作业区域进行下采作业时,实时获取目标作业区域平面图,并在目标作业区域平面图中对基坑区域使用特征圆分别进行填充,得到多个特征圆;

步骤S132:对高密度基坑区域进行获取;

所述步骤S132中,还包括具体以下步骤:

步骤S1321:将目标作业区域平面图的左下角顶点作为坐标原点,将目标作业区域平面图的下边框作为坐标X轴,过坐标原点做垂直于坐标X轴的直线作为坐标Y轴,得到下采作业区域坐标系;

步骤S1322:将每一个特征圆在下采作业区域坐标系进行标记,并在下采作业区域坐标系中对每一个特征圆的圆心坐标进行获取,得到多个圆心坐标;

步骤S1323:在多个圆心坐标中随机选取一个坐标作为样本圆心坐标;

步骤S1324:通过样本圆心坐标和多个圆心坐标计算得到样本圆心坐标对应的密度值;

对样本圆心坐标对应的密度值进行计算,具体公式如下;

其中,Mz为样本圆心坐标对应的密度值,(xi,yi)为样本圆心坐标,K()为特征高斯核,n为下采作业区域坐标系中特征圆对应的数量值,x为任意圆心坐标的横坐标,y为任意圆心坐标的纵坐标,h为特征高斯核中设定的带宽参数;

对特征高斯核进行计算,公式如下:

其中,K(u)为特征高斯核,u为设定的高斯核的标准差,e为自然常数;

步骤S1325:分别对每一个圆心坐标对应的密度值进行获取;

步骤S1326:获取圆心坐标密度阈值,将密度值大于圆心坐标密度阈值的圆心坐标作为第一类型圆心坐标,将密度值小于等于圆心坐标密度阈值的圆心坐标作为第二类型圆心坐标,将多个第一类型圆心坐标对应的基坑,组成的基坑区域标记为高密度基坑区域;

步骤S133:对高密度基坑区域中的每一个基坑对应的深度数值进行获取,得到多个基坑深度数值,并将数值最大的基坑深度数值标记为峰值基坑深度;

步骤S134:对多个基坑深度数值进行平均数计算,得到基坑平均深度;

步骤S135:当第a下采作业阶段处于作业状态时,分别获取高密度基坑区域中的每一个基坑对应的基坑震动幅度数值,得到多个震动幅度数值,并对其进行平均数计算,得到基坑区域平均振幅;

步骤S136:将峰值基坑深度、基坑平均深度以及基坑区域平均振幅通过计算得到区域实时作业系数;

对区域实时作业系数进行计算,具体公式如下:

其中,Ssx为区域实时作业系数,Fjs为峰值基坑深度,Pjs为基坑平均深度,Kzf为基坑区域平均振幅。

5.根据权利要求1所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S2中,还包括具体以下步骤:步骤S21:获取区域下采作业数据,根据区域下采作业数据获取高密度基坑区域和下采阶段划分数据;

步骤S22:当下采作业处于第a下采作业阶段时,获取高密度基坑区域对应的区域含水系数和特征基坑数量面积比;

步骤S23:获取区域水文风险系数;

步骤S24:将区域水文风险系数和特征基坑数量面积比定义为区域水文分析数据。

6.根据权利要求5所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S22中,还包括具体以下步骤:步骤S221:分别获取高密度基坑区域中随机选取一个基坑作为含水监测样本基坑;

步骤S222:从含水监测样本基坑底部向下钻探至目标钻探深度,若未勘探到地下水,则将含水监测样本基坑标记为第一类型基坑;

步骤S223:从含水监测样本基坑底部向下钻探至目标钻探深度,若勘探到地下水,则将含水监测样本基坑标记为第二类型基坑,对地下水土突涌时的钻探深度进行获取,得到含水监测样本基坑对应的地下水深度数值,对地下水突涌时的突涌压力数值进行获取,得到含水监测样本基坑对应的地下水突涌压力数值;

步骤S224:对第二类型基坑进行数量获取,得到第二类型基坑数量值,对高密度基坑区域的面积数值进行获取,得到高密度基坑面积数值,计算第二类型基坑数量值与密度基坑面积数值的比值,得到特征基坑数量面积比;

步骤S225:分别对高密度基坑区域中的每一个基坑进行含水监测,得到多个第二类型基坑,分别对每一个第二类型基坑对应的地下水深度数值进行获取,得到多个地下水深度数值,并对多个地下水深度数值进行平均数计算,得到基坑平均突涌深度数值;

步骤S226:分别对每一个第二类型基坑对应的地下水突涌压力数值进行获取,得到多个地下水突涌压力数值,并对多个地下水突涌压力数值进行平均数计算,得到基坑平均突涌压力数值;

步骤S227:将特征基坑数量面积比、基坑平均突涌深度数值以及基坑平均突涌压力数值通过计算得到第a下采作业阶段对应的区域含水系数;

对区域含水系数进行计算,具体公式如下:

其中,Qhsa为第a下采作业阶段对应的区域含水系数,Tsz为基坑平均突涌深度数值,Tyz为基坑平均突涌压力数值,Tmb为特征基坑数量面积比。

7.根据权利要求5所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S23中,还包括具体以下步骤:步骤S231:当第a下采作业阶段为第一下采作业阶段时,将第a下采作业阶段对应的区域含水系数定义为区域水文风险系数;

步骤S232:当第a下采作业阶段不为第一下采作业阶段时,获取第a-1下采作业阶段对应的区域含水系数,将第a下采作业阶段对应的区域含水系数和第a-1下采作业阶段对应的区域含水系数通过计算得到区域水文风险系数;

对区域水文风险系数进行计算,具体公式如下:

其中,Qfx为区域水文风险系数,Qhsa为第a下采作业阶段对应的区域含水系数,Qhs(a-1)为第a-1下采作业阶段对应的区域含水系数。

8.根据权利要求1所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S3中,还包括具体以下步骤:步骤S31:获取区域下采作业数据,根据区域下采作业数据获取高密度基坑区域;

步骤S32:获取区域水文分析数据,根据区域水文分析数据获取特征基坑数量面积比;

步骤S33:在高密度基坑区域随机选取一个基坑作为地质监测样本基坑;

步骤S34:对地质监测样本基坑进行地质监测,得到地质监测样本基坑对应的基坑地质分析系数;

步骤S35:对高密度基坑区域中,对每一个基坑对应的基坑地质分析系数进行获取,得到多个基坑地质分析系数,并对所得的基坑地质分析系数进行平均数计算,得到区域地质风险系数。

9.根据权利要求8所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S34中,还包括具体以下步骤:步骤S341:在地质监测样本基坑中选取单位质量的岩体作为样本监测岩体,将样本监测岩体放置于水体中,使样本监测岩体处于完全浸没状态,待浸没至特征浸没时长,对样本监测岩体取出,得到湿样监测岩体,并对湿样监测岩体进行质量获取,得到湿样岩体质量数值,通过排水法获取湿样监测岩体对应的体积数值,得到样本监测岩体体积数值;

步骤S342:将样本监测岩体放置于特征温度环境,并对样本监测岩体的质量数值进行实时获取,直至样本监测岩体的质量数值保持恒重,得到干样监测岩体,并对干样监测岩体进行质量获取,得到干样岩体质量数值;

步骤S343:将干样岩体质量数值、样本监测岩体体积数值以及湿样岩体质量数值通过计算得到样本监测岩体对应的岩体孔隙度;

对样本监测岩体对应的岩体孔隙度进行计算,具体公式如下:

其中,Kxd为样本监测岩体对应的岩体孔隙度,Ms为湿样岩体质量数值,Mg为干样岩体质量数值,Vy为样本监测岩体体积数值,ρ为水体密度数值;

步骤S344:在地质监测样本基坑中,随机选取多块监测岩体,分别对每一个监测岩体对应的岩体孔隙度进行获取,得到多个岩体孔隙度,并对所得的多个岩体孔隙度进行平均数计算,得到基坑平均岩体孔隙度;

步骤S345:对地质监测样本基坑的空气湿度进行获取,得到基坑空气湿度数值,对地质监测样本基坑的深度数值进行获取,得到基坑深度数值;

步骤S346:将基坑平均岩体孔隙度、基坑深度数值以及基坑空气湿度数值通过计算得到地质监测样本基坑对应的区域地质风险系数;

对基坑地质分析系数进行计算,具体公式配置如下:

其中,Jkx为基坑地质分析系数,Sdz为基坑深度数值,Wdz为基坑空气湿度数值,Kxp为基坑平均岩体孔隙度。

10.根据权利要求1所述的高水压松散含水层下采突水溃砂影响因素分析方法,其特征在于,所述步骤S4中,还包括具体以下步骤:步骤S41:获取区域下采作业数据,根据区域下采作业数据获取区域下采风险系数;

步骤S42:获取区域水文分析数据,根据区域水文分析数据获取区域水文风险系数;

步骤S43:获取区域地质风险系数;

步骤S44:将区域下采风险系数、区域水文风险系数以及区域地质风险系数通过计算得到作业风险总体系数;

对作业风险总体系数进行计算,具体公式如下:

其中,Fxz为作业风险总体系数,Qcz为区域下采风险系数,Qfx为区域水文风险系数,Qdz为区域地质风险系数;

步骤S45:获取作业风险总体系数阈值,将作业风险总体系数与作业风险总体系数阈值进行数值比对,并根据数值比对结果对目标下采作业区域进行作业风险评估;

所述步骤S45中,还包括具体以下步骤:

步骤S451:分别获取区域下采风险系数阈值、区域水文风险系数阈值以及区域地质风险系数阈值;

步骤S452:将区域下采风险系数阈值、区域水文风险系数阈值以及区域地质风险系数阈值通过计算得到作业风险总体系数阈值;

步骤S453:当作业风险总体系数大于等于作业风险总体系数阈值,则将目标下采作业区域评估为高突水溃砂风险区域;

步骤S454:当作业风险总体系数小于作业风险总体系数阈值,则将目标下采作业区域评估为低突水溃砂风险区域。