一种煤矿采空区封存超临界CO2的智能评价方法及系统

本发明涉及数据处理，具体为一种煤矿采空区封存超临界co2的智能评价方法及系统。

背景技术：

1、温室气体引发的全球气候变化问题日益严峻，二氧化碳捕集、利用与封存是实现碳减排目标的核心技术路径。我国煤炭开采形成大量废弃煤矿采空区，该类地下空间具备储体规模大、地质资料完善、配套工程设施可复用以及临近碳排放源等多重优势，将其作为超临界二氧化碳封存载体具有较高的工程应用潜力。

2、目前国内外二氧化碳地质封存评价研究多聚焦于深部咸水层、枯竭油气藏以及不可开采煤层，针对煤矿采空区封存超临界二氧化碳的选址评价技术缺乏系统研究。由于煤矿采空区存在覆岩裂隙发育、岩体稳定性不均以及地下环境复杂等地质结构特征，其与传统地质封存储层条件差异显著。直接沿用传统储层评价标准会导致评价结果存在较大偏差，容易引发二氧化碳泄漏风险。

3、同时，在处理地质环境复杂的地下采空区碳封存选址评价时，常规方法难以有效转化定性指标，无法妥善处理指标数据中信息模糊与不确定等特征，且整体评价过程的数据处理流程繁琐、计算效率低下。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矿采空区封存超临界co2的智能评价方法及系统，解决了现有二氧化碳封存评价方法沿用传统储层标准导致在煤矿采空区场景下评价指标不匹配、难以量化处理复杂地质模糊数据以及整体评价计算流程繁琐低效的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种煤矿采空区封存超临界co2的智能评价方法及系统，包括以下步骤：

3、获取待评价的煤矿采空区的各项指标数据，并构建包含目标层、准则层与指标层的评价指标体系；

4、基于模糊层次分析法，计算准则层各一级指标及指标层各二级指标的权重数值；

5、基于分级判定标准将各二级指标的各项指标数据转换为介于0与1之间的单因素评价隶属度，构建单因素评价隶属度矩阵；

6、将权重数值与单因素评价隶属度矩阵依次执行一级模糊综合评价和二级模糊综合评价，获取目标层的适宜性综合评价值；

7、将适宜性综合评价值与预设数值判定区间进行比对以输出适宜性等级判定结果，并根据低于预设下限的单因素评价隶属度生成对应的工程改进建议。

8、评价指标体系的准则层包括密闭性因素、封存能力因素以及地理位置与环境安全因素三个一级指标。指标层中，隶属于密闭性因素的二级指标包括前期原有构造、封层完整性、封层岩层岩性、封层厚度、隔离煤柱厚度和埋深；隶属于封存能力因素的二级指标包括煤层平均厚度、采空区面积、地表沉陷系数和煤层所在处的压强；

9、隶属于地理位置与环境安全因素的二级指标包括地质灾害易发性、居民点距离、是否在保护区和碳源距离。

10、基于模糊层次分析法计算权重数值的具体原理在于，在分配的存储空间中初始化构建模糊互补判断矩阵，读取设定的离散数值标度对模糊互补判断矩阵内的各元素进行量化赋值。基于赋值后的二维数组执行循环累加与除法运算，计算求得各一级指标以及各二级指标的权重数值。

11、执行针对相容性指标的减法与绝对值求和运算以进行一致性检验，当相容性指标的数值低于预设阈值参数时，将计算得到的权重数值写入权重向量存储区。

12、分级判定标准对应的状态评价等级具体划分为非常适宜等级、适宜等级、较适宜等级以及不适宜等级。非常适宜等级用于表征单项二级指标达到最优条件，适宜等级用于表征达到安全与容量要求，较适宜等级用于表征基本满足要求且允许工程干预调整，不适宜等级用于表征未达到基础指标设定底线。

13、通过设定实际量测的封层厚度以及导水裂隙带最大高度，判定实际参数所处的数值范围以映射至对应的等级；同时设定隔离煤柱厚度对应的宽高比区段，将结构参数映射至对应等级，解决多源异构地质数据的统一量化映射问题。

14、将各二级指标的各项指标数据转换为单因素评价隶属度时，对于映射至非常适宜等级的二级指标，其单因素评价隶属度赋值为1；对于映射至不适宜等级的二级指标，根据具体的指标类型分别赋值为0.3、0.2或0.1，以实现定性评价到连续定量数值的转换。

15、随后，将某一一级指标下属所有二级指标的权重数值构成权重向量，与对应的一级指标单因素评价隶属度矩阵进行加权模糊合成运算获取一级模糊评价向量。将各一级指标权重向量与合并拼接构成的一级模糊评价结果矩阵执行加权模糊合成运算，获取适宜性综合评价值。

16、预设数值判定区间划分为四个连续区间。依据适宜性综合评价值所处的数值区间，判定适宜性等级为适宜状态、基本适宜状态、不适宜状态或极不适宜状态。遍历各二级指标的单因素评价隶属度，识别单因素评价隶属度低于预设下限的二级指标并标记为制约封存适宜性的短板指标。

17、提取短板指标对应的特征数据，调用预设的工程改进策略映射表进行匹配，生成对应的工程干预指令建议文本。由此形成从参数输入、数值评价到工程干预指导的完整数据处理闭环。

18、本发明第二方面提供一种煤矿采空区封存超临界co2的智能评价系统，应用于前述煤矿采空区封存超临界co2的智能评价方法，包括数据录入模块、评价计算模块、结果输出模块以及数据存储与查询模块。

19、数据录入模块用于获取待评价的煤矿采空区对应评价指标体系的各项指标数据，并执行数据校验与格式序列化封装。

20、评价计算模块用于计算各一级指标及各二级指标的权重数值，并基于分级判定标准及预设映射规则生成各单因素评价隶属度以构建单因素评价隶属度矩阵，进而依次执行一级模糊综合评价和二级模糊综合评价以获取最终的适宜性综合评价值。

21、结果输出模块用于将适宜性综合评价值与预设数值判定区间进行比对以输出适宜性等级判定结果，并在识别出低于预设下限的单因素评价隶属度时，匹配生成包含工程改进建议的综合评价报告文件。

22、数据存储与查询模块用于将各项指标数据、计算得出的中间参数以及最终输出的综合评价报告文件进行关联式持久化保存，并提供复合查询接口。

23、本发明提供了一种煤矿采空区封存超临界co2的智能评价方法及系统。具备以下有益效果：

24、1、本发明通过构建包含密闭性因素、封存能力因素以及地理位置与环境安全因素三个一级指标及其评价指标体系，针对煤矿采空区覆岩裂隙发育及煤柱支护等地质物理特征，结合超临界co2高密度、低黏度及强扩散的物质特性进行参数选取，克服了采用传统油气藏评价体系带来的指标不适用问题，使系统输出的评价结果高度贴合煤矿采空区的实际工况，提升了适宜性评价的准确度。

25、2、本发明基于模糊层次分析法计算各层级指标的权重数值并执行一致性检验，同时基于设定的分级判定标准将离散的评价指标数据映射为介于0与1之间的单因素评价隶属度，进而执行一级和二级模糊综合评价，通过上述数据转化与矩阵运算逻辑，能够有效将定性指标量化，并妥善处理地下采空区复杂系统中信息模糊和不确定的数据特征，提高了评价指标权重分配与最终综合计算结果的数值可靠性。

26、3、本发明通过配置数据录入模块、评价计算模块、结果输出模块及数据存储与查询模块，将计算所得的适宜性综合评价值与预设数值判定区间进行比对以自动输出适宜性等级，并通过遍历单因素评价隶属度提取低于预设下限的短板指标，自动匹配生成对应的工程改进建议，实现了由地质数据录入、综合评价计算到工程干预方案输出的全流程一体化智能操作，为废弃矿井封存超临界co2的工程改造与评估提供了技术支撑。