一种矿区突发性地质环境问题风险评价方法

本发明属于地质环境风险评价，尤其涉及一种矿区突发性地质环境问题风险评价方法。

背景技术：

1、矿区突发性地质环境问题（如滑坡、崩塌、采空区塌陷、岩爆等）是矿山安全生产与周边生态安全的重大威胁。

2、现有风险评价方法多侧重于单一灾种或单一影响因素，例如：

3、在滑坡灾害评价方面，云南师范大学公开的顾及影响因子作用强度的滑坡易发性评估方法及装置（cn119988890a），基于数字高程模型数据划分斜坡单元，通过量化滑坡影响因子对滑坡发生的作用强度进行易发性评估；中铁工程设计咨询集团有限公司公开的一种弃渣场滑坡安全距离的计算方法、装置、设备及介质（cn120030736a），利用弃渣场地形地貌特征与弃渣体物理力学性质参数构建滑坡体动态模型，运用能量守恒定律计算安全距离。

4、在采动地质灾害预警方面，东北大学公开的基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，通过识别开挖应力扰动造成的微震震源参数变化进行预警（cn111915865a）；中煤科工开采研究院有限公司等公开的围岩的稳定性判断方法（cn118566464b）则引入了强度应力比指标、地质构造指标和采动指标进行围岩稳定性判断。

5、上述方法分别从滑坡物源或采动应力角度进行风险评价，但缺乏对物源供给、地形抗剪强度、采动时效损伤、岩体流变特性等多因素耦合作用的系统考量。

6、在承灾体风险评估方面，南京信息工程大学公开的一种承灾体动态脆弱性评估方法及系统（cn113610436b），通过建立灾情数据库、识别灾害特征、获取承灾体暴露度特征并绘制灾害损失率曲线，构建了承灾体脆弱性动态评估模型。然而，该方法主要适用于暴雨洪涝等气象灾害场景，未涉及矿区紧急疏散过程中的空间阻塞效应，即未将实际人员密度、拥挤降速、有效预警响应时间等动态社会因素纳入矿区风险评价体系。

7、此外，现有矿区地质环境风险评价方法多依赖单一阈值进行风险等级划分，缺乏基于多级风险阈值的分级管控指令生成机制，难以支撑差异化的应急决策。

8、因此，亟需一种能够融合地质致灾因子（物源势能、采动应力扰动、岩体流变时效、地质构造）与承灾体脆弱性动态特征（人员密度、拥挤降速、疏散路径、预警响应时间）的矿区突发性地质环境问题风险评价方法，并能够根据多级风险阈值自动生成分级管控指令。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种矿区突发性地质环境问题风险评价方法，解决了上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种矿区突发性地质环境问题风险评价方法，包括：

3、s10、基于物源特征参量的相对比值与基于地形演化特征参量表征的地形抗剪强度，获取物源势能指数；

4、s20、通过将基于岩体力学特征参量获取的强度应力比与基于采掘工程特征参量获取的开采时空进尺比进行耦合嵌套，获取含时效性损伤的采动应力扰动指数；

5、s30、对物源势能指数与采动应力扰动指数进行交互运算，获取突发动力失稳概率指数；

6、s40、获取所述评价单元内的动态疏散特征参量与地质预警参量，通过引入宏观交通流拥挤规律（拥挤降速系数），量化人群拥挤降速下的实际疏散耗时与有效预警响应时间之间的博弈关系，获取感知空间阻塞的承灾体脆弱性指数；

7、s50、将突发动力失稳概率指数与承灾体脆弱性指数进行交互，获取突发性地质环境问题综合风险评价值；

8、s60、将突发性地质环境问题综合风险评价值与预设的多级风险阈值进行比对，并生成对应的管控指令。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

10、进一步的技术方案：所述地形演化特征参量包括地表地形坡度角；

11、所述物源特征参量包括浅表层松散堆积物厚度实际观测值和松散堆积物内摩擦角；

12、所述采掘工程特征参量包括采厚实际观测值、采深实际观测值、矿层倾角、工作面推进速度、活跃开采持续时间以及工作面走向长度；

13、所述岩体力学特征参量包括上覆岩层单轴抗压强度和上覆岩层平均重度；

14、所述动态疏散特征参量包括评价单元内实际人员密度、极限拥挤人员密度阈值、平均疏散路径长度和自由状态人体步行速度；

15、所述地质预警参量包括有效预警响应时间。

16、进一步的技术方案：在所述步骤s10中，所述物源势能指数的计算逻辑为：

17、计算浅表层松散堆积物厚度实际观测值与参考临界松散物厚度常量的比值，得到表征所述物源特征参量相对比值的厚度相对特征值；

18、将地表地形坡度角的正切值除以松散堆积物内摩擦角的正切值与防止除零异常的抗剪稳定偏置常数之和，得到表征所述地形抗剪强度的抗剪失稳比值；

19、利用所述抗剪失稳比值，对所述厚度相对特征值进行非线性指数级放大处理，以构建引入所述地形切向应力的所述地形耦合的物源势能指数。

20、进一步的技术方案：在所述步骤s20中，含时效性损伤的采动应力扰动指数的计算逻辑为：

21、将采厚实际观测值与矿层倾角的余弦值相乘后，除以叠加了埋深偏置常数的采深实际观测值，得到开采几何扰动基准值；

22、将工作面推进速度与活跃开采持续时间的乘积除以工作面走向长度，得到所述开采时空进尺比；

23、将上覆岩层单轴抗压强度除以上覆岩层平均重度与采深实际观测值的乘积，得到所述强度应力比；

24、求解所述开采时空进尺比与所述强度应力比之间的差值，得到时空损伤残余特征值；

25、利用所述时空损伤残余特征值，对所述开采几何扰动基准值进行非线性指数级乘积放大处理，得到所述含时效性损伤的采动应力扰动指数。

26、进一步的技术方案：在所述步骤s30中，所述突发动力失稳概率指数的计算逻辑为：

27、对所述含时效性损伤的采动应力扰动指数进行基于表征岩体流变特性的时效性指数的幂次计算，得到流变时效扰动放大值；

28、将所述流变时效扰动放大值、所述地形耦合的物源势能指数，以及依据断层密度取值的矿区地质构造断裂带惩罚系数三者连乘，得到综合致灾烈度累积值；

29、作为所述非线性动力模型，取所述综合致灾烈度累积值的相反数进行非线性指数衰减计算，并利用数值1减去该衰减计算结果将其收敛限定在的区间范围内，得到所述突发动力失稳概率指数。

30、进一步的技术方案：在所述步骤s40中，感知空间阻塞的承灾体脆弱性指数的计算逻辑为：

31、计算评价单元内实际人员密度与极限拥挤人员密度阈值的比值，得到静态暴露基准值；

32、基于数值1减去所述静态暴露基准值的差值并叠加拥挤平滑常数，构建表征所述宏观交通流拥挤规律的拥挤降速系数；

33、将自由状态人体步行速度、所述拥挤降速系数以及有效预警响应时间三者连乘，得到有效疏散逃生能力特征值；

34、将评价单元至安全区的平均疏散路径长度除以所述有效疏散逃生能力特征值，得到表征所述人群拥挤降速下的实际疏散耗时的阻滞疏散时间基数；

35、将所述阻滞疏散时间基数与恐慌情绪放大因子相乘，得到恐慌阻塞时效指数；

36、利用所述恐慌阻塞时效指数，对所述静态暴露基准值进行非线性指数级放大处理，得到所述感知空间阻塞的承灾体脆弱性指数。

37、进一步的技术方案：在所述步骤s50中，所述突发性地质环境问题综合风险评价值的计算逻辑为：

38、将所述感知空间阻塞的承灾体脆弱性指数与生态与经济连带损失转化系数相乘，得到社会经济连带损失放大指数；

39、基于所述社会经济连带损失放大指数进行非线性指数增益计算，并将该增益计算结果与所述突发动力失稳概率指数直接相乘，得到所述突发性地质环境问题综合风险评价值。

40、进一步的技术方案：在所述步骤s60中，将突发性地质环境问题综合风险评价值与预设的多级风险阈值进行比对，并生成对应的管控指令，具体包括：

41、将突发性地质环境问题综合风险评价值与第一风险预警阈值以及第一风险预警阈值进行比对；

42、当，下发维持现状指令，系统按常规周期执行下一次特征参量采集；

43、当，触发疏散指令；

44、当，生成强制撤离指令

45、本发明提供了一种矿区突发性地质环境问题风险评价方法，与现有技术相比具备以下有益效果：

46、1、本发明通过构建物源势能指数，将浅表层松散堆积物厚度相对比值与地形抗剪强度（坡度角与内摩擦角正切比值）进行非线性指数放大，实现了对坡面物质潜在滑动能量的量化表征；

47、2、本发明通过构建含时效性损伤的采动应力扰动指数，将开采几何扰动基准值与时损伤残余特征值（开采时空进尺比与强度应力比之差）指数耦合，能够动态反映采掘工程推进速度、活跃开采时间、岩体力学性质等因素对采动应力的时变放大效应；

48、3、本发明通过引入岩体流变特性指数与断裂带惩罚系数，对物源势能指数与采动应力扰动指数进行交互运算，得到收敛于0至1区间的突发动力失稳概率指数，提高了致灾概率预测的科学性；

49、4、本发明通过引入宏观交通流拥挤规律，通过拥挤降速系数量化人群密度对疏散速度的阻滞作用，结合平均疏散路径长度、有效预警响应时间及恐慌情绪放大因子，构建了感知空间阻塞的承灾体脆弱性指数，实现了对人员疏散脆弱性的动态评估；

50、5、本发明将突发动力失稳概率指数与承灾体脆弱性指数通过指数增益相乘得到综合风险评价值，并与多级风险阈值比对生成分级管控指令（维持现状、疏散、强制撤离），为矿区地质灾害预警与应急管理提供了量化决策依据。