矿井断层构造复杂程度的GIS与熵值耦合评价研究

基于GIS与熵值耦合理论的矿井断层构造复杂程度的综合评价方法,建立了断层构造的非线性特征值、断层规模指数、煤层底板倾角指数、断层断距指数等与矿井构造复杂程度相关的评价指标体系。并以河南某矿为例,对矿井断层构造复杂程度进行多因素评价综合分区。结果显示:该矿井构造以中等和简单为主;在构造简单-中等区,构造对煤层开采基本无影响,而在构造复杂区,断层可导致水文地质条件变得较为复杂,影响煤层安全开采。     

煤矿断层构造复杂程度的非线性分析

煤矿中断层构造对开采条件、瓦斯突出、矿井突水等都有显著的影响。以陈四楼煤矿为例,利用分形理论计算了深部采区断层构造的分维,对断层构造的复杂程度进行了讨论和划分;分析了不同区域断层构造分维值出现差异的原因;建立了断层构造分维与矿井突水单位涌水量的对应关系,随断层分维的增加,矿井突水的单位涌水量也将随之增大。研究区的断层分维在0.7925～1.4534,断层总体的复杂程度为中等。     

断裂构造分形及其在矿山突水评价中的应用

断裂构造对围岩稳定、采场布置、瓦斯突出和矿井突水等都有显著的影响,本文利用分形理论计算了赵家寨煤矿中部采区煤层底板断裂分维,对断裂构造分形维数特征进行分析,并结合脆弱性指数法对底板突水危险性进行了评价。结果表明:研究区断裂构造分形维数分布在0.611~1.585之间,煤层底板构造复杂程度为中等;随着分形维数的增大,矿井最大涌水量也将随之增加。断裂构造分形维数是断裂规模、弯曲程度、数量、同向间距的综合体现;分形维数不仅可以反映构造活动的强度和分布特征,还能在一定程度上反应主构造趋势。基于分形理论的脆弱性指数法评价底板突水结果与区内水文地质条件一致,为矿井水害防治提供科学依据。     

煤层底板构造复杂程度定量评价

我国煤田地质和矿井地质专家一直用定性的描述来衡量一个勘探区域或一个井田的煤层构造复杂程度。本文将分形理论应用于煤层底板构造的量化,通过对煤层底板断层及褶曲轴的格网统计和回归分析求得分形维数,计算构造密度,划分煤田或井田的底板构造密度等值线图并对其复杂程度进行定量评价,将结果有效地应用于试验区的构造控水作用评价,较好地达到了预期效果。     

基于区间变权和未知测度理论的煤层底板突水危险性评价

随着华北型煤田开采深度不断增加,煤炭开采过程中的水文地质条件及突水主控因素日趋复杂多变,各主控因素与评价结果之间相互联系的模糊性和不确定性更加难以刻画,致使底板突水预测的难度精度不断增加。本文以某典型华北型煤田矿井为例,基于实际水文地质资料及钻探数据,充分考虑含水层水文地质特征、隔水层工程地质特征及软弱结构面发育特征,遴选含水层水压、单位涌水量、隔水层厚度、泥岩占比、岩体质量指数、层理面数量、构造复杂程度7个因子构建综合评价体系。利用组合赋权法及区间变权理论确定指标变权权重,并基于未知测度理论构建综合评价模型,对煤层底板突水危险性进行精细评价。与常权-未知测度理论、区间变权-物元可拓两种模型的评价结果对比显示,区间变权-未知测度理论的权重确定、隶属度计算更加合理,评价结果更加符合矿井地质条件及开采实际。井田范围内底板突水危险性为弱、较弱、较强、强的区域面积占比分别为2.26%,54.81%,38.05%,4.88%,底板突水危险性总体上较弱,危险性较强的区域集中在断层密集发育地带及隔水层薄弱区域。     

地质构造复杂程度定量化评价——以涡北煤矿为例

针对涡北煤矿地质构造严重影响煤矿生产问题,通过分析矿井断层发育特征和展布规律,综合断层发育特征、沉积介质和经济技术3方面的因素,建立了矿井构造评价指标模型;采用灰色关联分析方法和等性块段综合指数评价方法,对矿井构造复杂程度作出了定量化综合评价和分类。结果表明,所得评价结果可靠,与矿井揭露基本符合,可为矿井生产提供指导性参考依据。      

鲍店煤矿矿井构造复杂程度评价

在鲍店煤矿地质勘探和矿井开采资料系统分析和统计的基础上,应用分形理论和方法对矿井构造进行了构造复杂程度评价。评价结果表明,影响鲍店矿构造复杂程度的主要因素是断裂构造,褶皱构造的影响相对较弱;矿井的西部和北部铺子断层以西区域是矿井的2个构造复杂区,分维值均在1．2以上;矿井目前开采的七、九采区构造相对简单,尤其北部区域是构造简单区,是机械化采煤的有利区。     

深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究

深部开采突水具有突发性、滞后性和强致灾性等特点,研究突水通道成因、演变规律和致灾机制成为控制深部开采底板突水的关键。大量的防治水实践和理论证实,构造突水通道一般发生在构造与岩层接触面处,为此建立隐伏构造条块体突水判据模型,应用剪切破坏理论方法得到突水理论判据;借助深部承压水上底板断层扩展活化及导水通道演化物理模拟试验,研制了固-流耦合相似材料,选取模拟断层破坏活化的材料并进行了模拟材料的可行性分析;试验直观地展现了含隐伏断层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下底板裂隙形成、隐伏断层扩展、突水通道贯通的全过程。通过对试验监测数据和现象的解读,揭示了应力场-渗流场耦合作用下承压水体上采煤底板滞后突水的机制,并对突水路径形成的时空规律进行了分析探讨,为研究深部开采构造突水提供了新的方法和认识。     

深部煤层底板灰岩水防治体系的构建——以平煤东部三矿为例

在对断层复杂程度和突水危险性分区评价的基础上,提出了平煤东部三矿二组煤底板灰岩水的防治体系。研究区断层构造整体上较为简单,二组煤开采寒武灰岩水突水危险性较小。灰岩水治理基本以疏放为主,由此提出二组煤水害防治体系,由防治技术、防治工程、技术保障系统和矿井水资源化与矿区水资源优化配置4个子系统组成;技术保障系统是基础和保障,防治技术是手段,防治工程是核心,矿井水资源化与矿区水资源优化配置是发展方向。本防治体系的实施可以解放受承压水威胁煤炭资源476万t,底板水压下降0.3 MPa(到2020年底),完全实现二组煤的安全生产和矿井水的资源化利用。     

基于GIS的地质构造复杂程度综合评价——以皖北任楼煤矿7煤层为例

根据皖北任楼矿区的实际情况,选择了构造位置、顶底板岩石、煤层厚度变化、断层分维数等作为评价因子。运用GIS的缓冲区、叠加、空间分析功能,采用多层次模糊分析方法,评价了任楼煤矿7煤层构造复杂程度,其结果与断层密度有较好的对应关系。      

Application on Floor Water Inrush Evaluation Based on AHP Variation Coefficient Method with GIS

The prediction and prevention of floor water inrush is directly related to the safety of the coal mine production. The previous evaluation method of floor water inrush was more one-sided and lacked main control factors related to mining conditions. In order to evaluate the floor water inrush more accurately, under the project background of geological data of Wanglou coal mine, stope width, mining depth, fault scale index, water pressure, water abundance and thickness of aquifer were selected as main controlling factors of floor water inrush. Combined with the subjective weight analytical hierarchy process and the objective weight variation coefficient method, the weight coefficients corresponding to the main controlling factors were obtained respectively. The thematic map of the risk assessment of coal seam floor water inrush was drawn by combining the constructed comprehensive weight vulnerability index model and geographic information system. The results show that: ① according to the actual geological data of mine, two fault related factors were removed. And stope width and mining depth were increased as the main controlling factors to evaluate floor water inrush. It is easier to compare and calculate the weight of evaluation factors. ② The constructed comprehensive weight vulnerability index model can comprehensively evaluate the risk of floor water inrush. And the results of the evaluation are more accurate. ③ The related thematic maps can directly reflect the risk of floor water inrush, which is of guiding significance for the prediction and prevention of coal seam floor water inrush.     

山西新阳矿太原组下组煤层底板岩溶水突水安全性评价

新阳矿9-10-11号煤层底板低于奥灰岩溶水位,承受水压较高,存在带压开采问题。依据矿区水文地质勘查资料,通过对9-10-11号煤层底板隔水岩层隔水性能、奥灰岩溶水富水程度、底板断裂构造发育情况、煤层底板承压大小以及采煤扰动底板破坏深度等突水因素分析,表明井田西南部断裂构造发育地段为突水危险区。分别采用突水系数法和突水危险度法对全井田9-10-11号煤层底板突水危险性进行评价,评价结果显示井田南部及断裂构造发育地段为突水危险区。理论分析与定量评价结果基本一致。针对9-10-11号煤层底板突水安全评价结果,提出了相应的防突水对策。     

基于突水系数的煤矿底板突水危险性评价系统——以山西太原西山煤田古交矿区为例

通过对煤矿底板突水系数评价系统总体框架的介绍,并以山西太原西山煤田古交矿区为例,阐述了钻孔数据库的建立与查询系统的生成,着重说明了等值线的绘制过程,然后结合大量抽水试验数据,自动生成底板含水层等水压线和底板隔水层等厚线图,最后利用GIS叠加分析功能,根据突水系数的计算公式,生成了突水系数图。根据突水系数图的分析,划分出矿井底板的突水危险地区,对矿井防治水有一定的帮助。     

煤层底板隐伏断层分类及突水防治措施

矿井底板突水系数介于0.06~0.1 MPa/m区域内发育的隐伏断层，是煤矿生产过程中发生突水的关键因素之一，对其进行科学分类有利于制定底板突水防治针对性措施。通过煤层底板隐伏断层特征分析，根据隐伏断层顶界面位置与"下三带"垂向关系，从底板水害防治角度，将煤层底板隐伏断层分为高位、中位及低位3种类型。借助理论与突水案例分析手段，指出存在突水威胁的高位隐伏断层具有全贯通、突发性、水量大及危害程度高等特点；中位隐伏断层具有突水时间难以判断、突水后难以治理的特点。针对高位隐伏断层，提出工作面回采前对煤层底板进行注浆加固等防治措施；针对低位隐伏断层，提出在突水灾害前后采取不同思路的注浆治理措施。研究成果对于煤矿企业应对隐伏断层引起的底板突水灾害提供了重要参考。      

芦岭煤矿8煤层地质构造复杂程度综合评价

为提高芦岭煤矿8煤层地质构造复杂程度综合评价的准确性,在对其定性评价的基础上,遴选了断层密度、断层强度、断层走向影响指数和褶皱平面变形系数4个评价指标,采用灰色模糊综合评价方法对其进行了定量评价,得出了芦岭煤矿8煤层地质构造复杂程度定量评价结果图,划分了构造简单、构造中等、构造复杂和构造极复杂4类构造复杂程度等级。经对比,评价结果与煤矿实际揭露情况基本一致,证明了评价的合理性,为备采区Ⅲ一采区8煤层的采掘提供了科学依据。      

新峰一矿构造控水作用与治理措施探讨

新峰一矿突水频繁,矿井安全受水害威胁严重,防治工程量大、难度高。通过对矿井构造应力展布规律、矿井边界及矿井内断层导水性等水文地质因素的分析,确定了该矿井突水类型。指出石炭系灰岩裂隙水和寒武系灰岩裂隙水是矿井的主要充水含水层,断裂构造是主要导水通道。地质构造对突水的控制在该矿主要体现在对突水点分布、富水带的划分以及隔水层阻水能力等方面。在对影响该区地质构造机理进行综合分析的基础上,根据矿区构造控水的特点,提出了采取物探和钻探相结合、进行放水试验、帷幕注浆和排供结合的治理措施。     

九里山矿西部水大原因分析及对策

九里山矿水文地质条件复杂,矿井最高排水量为104．20m^3／min,吨煤排水量为116．87m^8,长期达不到生产能力。分析了矿区的地层、构造和水文地质条件,认为L9灰岩含水层是矿区的主要充水水源,充水通道为断层带及底板底鼓引起的裂隙带。另外,钻孔及注浆过程中的水位变化证实了L2潜伏水头的存在。指出矿区突水水量大的主要原因是：在采掘（工作面回采、巷道掘进）、矿压、水压的作用下,煤层底板的完整性被破坏而产生裂隙,当这种裂隙和L2灰含水层的潜伏水头沟通时,就会产生L2灰含水层的突水。据此提出了目前应对突水的措施是在14101工作面布置钻孔注浆,封堵煤层至O2灰含水层之间的所有含水层。     

准格尔煤田不连沟矿井构造特征及其对煤矿生产的影响

准格尔煤田位于鄂尔多斯盆地伊盟隆起和晋西褶曲带的转折部位，煤田内的矿井构造样式多样，而且矿井生产揭露前后构造复杂程度发生了重大变化。以不连沟矿井地质勘查和矿井揭露的褶皱、断层、岩溶陷落柱、火成岩侵入体等地质构造为主要研究对象，通过数理统计方法对矿井内的构造发育特征进行了定量或半定量评价，分析不同地质构造的形成机制、演化背景及矿井构造复杂程度变化的主要原因，统计分析不同类型地质构造对矿井采掘生产的影响，总结矿井地质构造探查经验，提出适应于该区的构造探查思路。结果表明:不连沟煤矿构造样式多样，构造发育的分区特征明显，构造组合具有耦合性；矿井中部的弧形坡折带及波状褶皱形成开始于加里东构造运动，属于黄河断裂和呼-清断裂的伴生构造；区内走向EW （或近EW向）和NW断层组合是鄂尔多斯盆地印支期S—N向挤压应力和燕山期NW—SE向挤压应力共同作用的结果。各类地质构造制约着矿井采区部署、巷道掘进、工作面回采速度，造成大量资源损失，给矿井防治水带来巨大挑战。针对类似研究区的复杂矿区，建议采用三维地震勘探扫面，井下槽波、电法勘探靶区圈定，定向钻验证的“物探、钻探，地面、井下”相结合的综合探查方案。