岩体裂隙演化与突水危险性决策模型研究

为了定量地决策研究区采动覆岩突水危险性，并能针对性地制定相关措施，因此根据相关研究成果，基于WLC提出表述采动覆岩突水溃砂危险性指数（risk index，RI），采动覆岩突水溃砂危险性指数可以定义为

式中，＝（w1，w2，…，wn）T表示第i项指标的权重向量，Fi（x，y）是采动覆岩突水危险性决策结果的分布函数。

为了更加清晰又针对性地对研究区采动覆岩突水危险性进行研究，需要对其决策结果进行分区，为有针对性地制定措施提供根据[264-266]。目前有许多数据统计分类方法，可以基于GIS软件实现[267-270]，例如自然间断点法（Jenks）、标准差、相等间隔、分位数和几何间隔等，各种方法的基本特征见表6-16。

表6-16　数据分级方法及其特点

为了对分区进行最恰当的划分[271-275]，本书选用自然间断点法（Jenks）对决策结果进行分类，其计算原理可以定义为：

式中，SSD i…j为计算的方差，i，j为分类的序列号，A[K]为一个分类的值集，K＝i…j；mean i…j为分类的平均值。

采动覆岩突水危险空间多准则决策结果如图6-19（f）所示，分区结果如图6-20所示。

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图6-19　采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策

图6-20　采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策分区

从图6-20中可以看出，研究区的大部分区域的风险均较低，RI基本上都在0.5143以下，但是由于不同的区域，控制采动覆岩突水溃砂的准则不同，其突水溃砂危险性程度不同，相对应开采过程中采取的措施也不同，开采方案以及煤层开采厚度等均不同。

（1）第Ⅰ类高危险区：RI≥0.6630的区域，此区域的危险性高的主要原因是覆岩厚度较薄，基本在30～50m之间，而此区域的综合煤厚在8～12m之间，虽然此区域的松散层底部黏土层厚度较大，但是为了防止导水裂隙带导通松散含水层，此区域必须限厚开采，并制定相关的防治水措施以保证安全开采。

（2）第Ⅱ类危险区：0.5143≤RI＜0.6630的区域，此区域受采动破坏发生突水溃砂的危险性虽然比Ⅰ类区域有所降低，因为此区域的覆岩厚度有所增加，基本为70m，但此区域的黏土隔水层厚度较小，受到采动破坏时，裂隙覆岩的裂隙增加，延伸可能会发生突水溃砂，因此，此区域应该制定相关的防治水措施以保证安全开采。

（3）第Ⅲ类突水溃砂威胁区：0.4554≤RI＜0.5143的区域，该区域起主要作用的是松散层底部含水层准则，且此区域黏土隔水层更加薄，覆岩厚度增加到80m，开采时要留设足够的安全煤岩柱，并制定相关的防治水措施保证安全开采。

（4）第Ⅳ类较安全区：0.3922≤RI＜0.4554的区域，该区域的覆岩厚度在100～140m之间，但是此区域的综合煤层厚度在8～10m，虽然裂隙带发育高度不会波及松散含水层底部，但由于受到松散含水层的影响，制定相关的防治水措施保证安全开采，该区域基本安全。

（5）第Ⅴ类安全区：RI＜0.3922的区域，该区基岩厚度普遍大于120m，覆岩厚度大于需要的安全煤岩柱，各个准则在此区域的作用均较弱，属于安全区。