(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211215092.6 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 蔡鑫　周子龙　袁纪锋　臧海智　 陈璐　黄英华　 (74)专利代理 机构 武汉卓越志诚知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 42266 专利代理师 廖艳芬 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法 (57)摘要 本发明提供了一种采空区坍塌灾害风险分 区分级评估方法， 确定采空区各矿柱失稳概率， 假设任意矿柱失稳， 采用重复迭代失稳的方法判 断该矿柱失稳引发其余矿柱失稳的情况， 直至失 稳终止； 再确定剩余矿柱群中诱导矿柱的数量， 计算出矿柱的灾害后果值； 并按照上述方式得到 所有矿柱的灾害后果值， 计算各矿柱失稳风险权 重值； 最后确定采空区中所有矿柱的风险等级， 得到采空区坍塌灾害风险分区分级云图。 本发明 基于矿柱群稳定性理论， 考虑矿柱强度的不确定 性， 通过引入诱导矿柱， 量化了采空区坍塌尤其 是单矿柱失稳诱发采空区连锁坍塌的潜力， 实现 了对采空区连锁坍塌灾害的风险分区分级评估， 可用于指导相关人员对不同风险等级区域进行 差异化处治。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 115511330 A 2022.12.23 CN 115511330 A 1.一种采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 确定所述采空区中各矿柱的失稳概 率； S2、 假设任意矿柱ω以其失稳概率Pfω失稳， 更新所述矿柱ω失稳后应力扩散最大范围 内所有矿柱的应力σω和安全系数 FOS； S3、 将所述范围内FOS≤1的矿柱作为新的失稳矿柱， 继续更新所述失稳矿柱应力扩散 最大范围内所有矿柱的应力σ 和FOS； 重复迭代， 直至所述采空区的剩余矿柱中不存在FOS ≤ 1的矿柱， 剩余矿柱群重新稳定； S4、 判断所述剩余矿柱群中诱导矿柱的数量； 所述诱导矿柱为： 矿柱θ发生失稳后， 诱发 所述剩余矿柱群中其 他所有矿柱发生连续倒塌， 则矿柱 θ 即为所述 诱导矿柱； S5、 计算所述矿柱ω的灾害后果值Cω； 所述灾害后果值Cω为矿柱ω失稳并进行迭代失 稳后暴露的所述 诱导矿柱与所述剩余矿柱群所有矿柱的数量比； S6、 重复步骤S2 ～S5， 得到所述采空区内所有矿柱的灾害后果 值； 若矿柱ω失稳后， 经重复迭代， 采空区内所有矿柱的FOS≤1， 则矿柱ω自身便为诱导矿 柱， 其灾害后果 值为1； S7、 根据所述灾害后果值计算出所述采空区内各矿柱 的失稳风险权重值， 并计算所有 矿柱的平均风险权 重值； S8、 以步骤S7的所述平均风 险权重值作为风 险阈值划分风险区间， 并根据所述风险区 间确定所述采空区中所有矿柱的风险等级； 在 采空区平面图上标注所有矿柱对应的风险等 级， 即得到采空区坍塌灾害风险分区分级云图。 2.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在步骤 S1～S3中， 在所述应力扩散最大范围的面积、 应力以及失稳概率的计算中， 用到的矿柱 等效 宽度的确定方法为基于横截面质心法。 3.根据权利要求2所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 所述基 于横截面质心法为： (1)确定所求矿柱空间上面积最小的横截面， 并判断所述横截面的形状； (2)若所述横截面为凸多边形， 以其质心为圆心作所述凸多边形内面积最大的圆， 将其 直径视为矿柱的等效宽度； 若所述横截面为凹多边形， 延长其凹角所在的一边， 将所述横截面划分为若干凸多边 形， 确定各凸多边形的质心； 以各质心为圆心作凸多边形内面积最大的圆， 比较各圆的直 径， 将最大直径视为矿柱的等效宽度。 4.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在步骤 S4中， 所述 诱导矿柱的判断方法为： SS1、 假设所述剩余矿柱群中的任意矿柱 θ 发生失稳； SS2、 更新矿柱失稳后其应力扩散最大 范围内所有矿柱的应力σθ和FOS； SS3、 判断该 范围内是否存在安全系数 FOS≤1的矿柱； 若不存在， 则矿柱 θ 不是诱 导矿柱； 若存在， 则将安全系数 FOS≤1的矿柱作为失稳矿柱 移除， 并进入步骤S S4； SS4、 判断剩余矿柱数量是否为0； 若为0， 说明剩余所有矿柱发生连续倒塌， 矿柱 θ 即为 诱导矿柱；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115511330 A 2若不为0， 则对剩余矿柱继续进行迭代失稳， 返回步骤S S2。 5.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在步骤 S5中， 所述 灾害后果 值计算公式为： 其中， Ntω为矿柱ω 首轮失稳后形成所述剩余矿柱 群的诱导矿柱数量； N为矿柱 ω首轮失 稳后形成所述剩余矿柱群中的矿柱总数。 6.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在步骤 S1中， 计算矿柱失稳概率时假设矿柱群中所有 单个矿柱强度的概率密度函数服从对数正态 分布。 7.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在步骤 S8中， 将所述平均风险权重值作为划分矿柱风险的风险阈值， 并根据所述风险阈值进行倍 数划分得到若干个风险区间。 8.根据权利要求7所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 所述风 险阈值的倍数选择以及划分得到的所述风险区间的数量根据实际矿山采空区中影响其稳 定性的参数确定 。 9.根据权利要求8所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 所述风 险区间的划分为： 小于1/2风险阈值为低风险； 1/2 风险阈值至风险阈值之间为中等风险； 风 险阈值至2倍 风险阈值之间为高风险； 大于2倍 风险阈值 为极高风险。 10.根据权利要求1所述的采空区坍塌灾害风险分区分级评估方法， 其特征在于， 在采 空区平面图上标注所有矿柱对应的风险等级时， 可对不同风险等级的矿柱采用不同标识进 行区分； 同一矿柱进行风险等级标注时应按同等级对应标注其矿房范围， 即保证最终形成 连续完整的采空区坍塌灾害风险分区分级云图。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115511330 A 3