基于“三图-双预测法”的新疆准南煤田东沟煤矿B_6煤顶板突水危险性评价

新疆东沟井田首采的B_6煤层顶板隔水层厚度较薄且存在数十米的西山窑组孔隙裂隙砂岩含水层,煤层开采时导水裂隙带易导通含水层,发生突水事故。针对煤矿面临的顶板水害威胁,根据煤矿水文地质条件结合"三图-双预测法"的思路选择冲洗液消耗量、岩心采取率、岩石脆塑性比、含水层厚度、物探富水异常等作为主控因素;采用层次分析法建立层次分析模型,结合富水性指数法确定富水性分区;利用surfer进行插值分析、AHP建立的富水性指数模型,结合MapGis空间分析功能对评价区内B_6煤层顶板含水层的突水危险性进行分析预测。     

基于ArcGIS的洛河组含水层富水性评价

含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。选取彬长文家坡煤矿41盘区4号煤层顶板白垩系洛河组含水层的厚度、孔隙度、含水率、上段视电阻率、下段视电阻率和冲洗液消耗量6个主控因素,利用层次分析法（AHP）确定各主控因素的权重。在ArcGIS数值可视化软件上对各影响因素的矢量图进行归一化处理和叠加分析,构建了基于多因素融合的含水层富水性评价模型,并对41盘区富水性进行了分区评价。利用钻孔单位涌水量和4101工作面涌水量变化数据对洛河组富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的分区评价结果与实际符合,为彬长矿区洛河组含水层富水性评价提供了重要依据。      

宁夏红柳煤矿直罗组下段含水层富水性评价

宁夏红柳煤矿自2009年9月份开始回采以来,矿井首采工作面2#煤顶板多次发生较大规模涌水,造成了较大的经济损失。在综合分析井田水文地质条件基础上,研究影响含水层富水性的多个地学信息,确定了含水层厚度、单位涌水量、渗透系数、脆塑性岩厚度比、岩心采取率、冲洗液消耗量等6个主控因素;应用基于GIS的层次分析法(AHP),确定了各主控因素对富水性影响的权重,计算出了富水性指数,最后建立了富水性分区图,对矿井安全生产具有指导作用。     

基于GIS的煤层顶板含水层富水性评价

为减少单一赋权法在评价含水层富水性方面的不足,以韩家湾煤矿为例,在综合分析矿井地质、水文地质条件的基础上,选取含水层的厚度、岩心采取率、砂岩粒度指数、砂地比以及砂泥交互层数作为影响富水性的主控因素,分别利用模糊层次分析法、CRITIC法获得各主控因素的主、客观权重,通过博弈集合理论得到综合权重,进而基于GIS平台对含水层的富水性进行分区评价。结合钻孔单位涌水量、矿井出水点的分布结果对含水层的富水性分区结果进行验证。结果表明:研究区富水性整体呈现由中部向两侧逐渐减弱的趋势,该模型的评价结果与实际情况相吻合。     

基于GIS多源信息集成的含水层富水性模糊层次分析法

对含水层富水性进行分析评价,是煤矿开采、隧道掘进时防止涌(突)水发生的重要前提。通过分析影响含水层富水性的因素,以某煤矿为例,选取含水层厚度、钻孔冲洗液消耗量、构造发育密度、单位涌水量及渗透系数五个指标进行分析;引入模糊层次分析法确定各因素对含水层富水性影响的权重;应用GIS的数据管理和空间分析功能,计算评价了研究区的富水性;将研究区含水层按富水性强弱分为五个区域。评价分区结果与研究区水文地质条件变化基本一致。为区域含水层富水性评价提供了一种新思路。     

基于多源空间信息融合的含水煤层顶板复合岩层富水性分区

侏罗系煤田煤层开采普遍受到顶板复合含水层水影响。选取陕北榆横矿区袁大滩煤矿2煤开采顶板复合砂岩地层为研究对象,基于经验公式和实测公式,计算导水裂缝带发育高度,确定2煤至直罗组顶界为富水性分区范围;选取评价层段砂岩等效厚度、砂–泥互层特征等7个岩性结构指标,重点考虑2煤含水性特征,计算了各钻孔位置富水性综合指数,借助Arcgis软件,绘制了研究区富水性分区图,揭示区内富水性从西北向东南递减,与区域富水性背景一致。研究结果对于富水性指数法在煤层含水条件下的应用有推动作用。      

济三煤矿煤层顶板砂岩含水层富水性预测

针对济三煤矿七采区水文地质勘探程度不高,抽（放）水试验钻孔数量有限的实际情况,从岩性结构和构造发育特征出发,综合考虑砂岩厚度、砂-泥组合层数、岩心采取率以及砂岩含量等因素,构建岩性结构指数模型,同时,采用断层分维值来定量表述断层构造特征,通过信息复合建立多因素富水性指数综合评价模型,对煤层顶板含水层进行富水性分区,通过有限的实测单位涌水量数据对评价结果进行验证,取得了较好的应用效果。      

赵官井田10煤层底板突水危险性评价

从地质构造、含水层、隔水层、开采条件等方面详细分析了赵官井田10煤层底板突水的影响因素,确定了断层强度指数、褶皱分维值、"底板充水含水层组"水压、"底板充水含水层组"富水性、奥灰富水性、隔水层厚度、泥岩比率、底板破坏深度8个主控因素作为10煤层底板突水危险性评价的决策指标,并建立了各主控因素专题图;运用层次分析法(AHP)确定了各主控因素的权重系数,建立了基于"脆弱性指数法"的底板突水危险性评价模型,对10煤层底板突水危险性进行了定量评价,结果表明:在井田的南部煤层露头处脆弱性指数小,突水可能性较小;在井田的北部,特别是在井田东北部,脆弱性指数大,突水危险性较大。      

基于含水层沉积和构造特征的富水性分区

为了更加科学合理的开展矿井防治水工作,需要对威胁煤层开采的含水层进行富水性分区。根据含水层的沉积和构造特征,选取了含水层的砂地比、砂岩厚度、粗砂岩厚度、砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值作为富水性的影响指标,采用灰色关联度法确定了含水层富水性与其各影响指标之间的相关性,并利用语气算子比较法确定了各影响指标的权重。在此基础上,运用模糊综合评价模型,对含水层富水性进行了分区。通过与研究区内各工作面实际涌水量对比,发现基于灰色关联度-模糊综合评判法对含水层进行的富水性分区与实际情况较为一致,说明含水层沉积和构造条件是影响含水层富水性的主要因素。     

蒙陕接壤区纳林河二号矿井首采工作面顶板富水性探查

在充分掌握地质勘探资料的基础上,利用井下物探和钻探等技术,对鄂尔多斯盆地蒙陕矿区深埋煤层首采工作面顶板水文地质条件进行了深入研究。结果表明,31101工作面顶板导水裂缝带范围内共发育三层含水层,从下往上依次为3-1煤顶板含水层、2-1煤顶板含水层和直罗组下段含水层;富水区域主要分布于2-1煤层顶板到直罗组下段岩层之间,岩性为中粒砂岩、中粗粒砂岩。切眼附近和旧回撤通道附近钻孔涌水量和水压波动较大,这两个区域顶板水富水不均一性较明显;中间位置顶板含水层发育较稳定,钻孔涌水量和水压也相对稳定,富水性比较均一。井下物探在切眼附近和旧回撤通道附近圈定的低阻异常区,主要由地层岩性和富水性等引起。     

基于GIS的“三图–双预测法”的应用

针对铁法集团大强煤矿1号煤可能存在的顶板涌(突)水危害问题,运用基于地理信息系统(GIS)的层次分析法(AHP)型“三图–双预测法”,通过对含水层厚度、岩心采取率、单位涌水量、渗透系数、断层等5个主控因素的综合分析,在建立煤层顶板充水含水层富水性分区图的同时,对开采煤层的顶板安全性进行评价及分区。在以上研究的基础上运用GIS多源地学信息复合叠加原理,提出了1号煤顶板涌(突)水条件综合分区的划分方案。根据综合分区结果,运用Visual Modflow软件对即将开采的2-202工作面和三采区进行了涌水量预测。     

构造分形在砂岩含水层富水性预测中的应用

预测、评价煤层顶底板砂岩含水层的富水性对保证煤矿安全、高效生产具有重要意义.砂岩含水层富水性受构造裂隙发育程度的影响,而地质构造的分维值可以作为地质构造空间分布复杂性及其发育、演化成熟度的测度.采用相似维研究了济阳煤矿二采区构造网络的复杂程度.根据紧闭程度对褶皱的分维值进行了修正.将构造分维值原始数据标准化后按一定标准对7煤层顶底板砂岩含水层的富水性进行了分区,为煤矿安全开采提供了依据.     

侏罗系宝塔山砂岩水文地质特征与解危开采研究——以新上海一号煤矿为例

西部矿区是我国重要的能源战略基地，侏罗纪煤田可采煤层多、资源储量丰富，中下组煤受“宝塔山砂岩”含水层严重威胁，但目前国内对该含水层研究较少、资料匮乏。以新上海一号煤矿“11·25 ”突水事故为例，采用延深排水钻孔、水文地质补充勘探、井下放水试验等手段，查明该含水层具有沉积结构复杂、富水性不均、静储量丰富、水头高、水压大、容易疏放等特点；通过安全隔水层厚度计算，说明“ 11·25”事故突水原因。SEM镜下显示砂岩为泥质胶结，块状结构，内生孔隙发育。以砂岩总厚度、砂地比、单位涌水量、渗透系数为主控因素，分析含水层富水性规律；预计正常情况下开采涌水量1 200.7 m3/h，最大涌水量1 860.84 m3/h，超出矿井排水能力。在水文地质单元边界条件分析的基础上，利用Visual MODFLOW建立非稳定渗流场三维数值模型，模拟4个放水阶段的解危效果，结果表明，历时215 d，放水量约487.6万m3，一分区18煤突水危险可以解除。      

改进脆弱性指数法在煤矿底板突水评价中的应用

针对传统的AHP型脆弱性指数法在权重确定方面的不足,采用熵权法对其改进,将熵权法计算的客观权重与AHP法计算的主观权重进行加权平均,综合确定各主控因素诱发突水的权重比例。在综合分析长平煤矿水文地质资料的基础上,应用GIS建立主控因素专题图并进行归一化处理,运用基于GIS的改进AHP型脆弱性指数法确定各主控因素权重,建立井田西部3号煤底板奥灰突水危险性评价模型。利用自然间断点分级法确定了分区阈值,将研究区按突水危险性的相对大小分为5个区域。评价结果符合实际,对煤矿安全生产具有重要的现实意义。     

鄂尔多斯盆地北部深埋区“地貌—沉积”控水关键要素研究

鄂尔多斯盆地北部深埋煤田区地表主要有沙漠、基岩台地和黄土沟壑等地貌类型,沙漠区工作面涌水量比其他地貌区大1~2个数量级。为了查清煤层顶板直接充水含水层补给水源、导水通道和充水强度的控制要素,从地形地貌和地质沉积方面开展了研究,结果表明:沙漠地貌地势平缓,降水入渗系数大,第四系厚度大、富水性强,为下伏含水层提供了丰富的补给水源;基岩台地和黄土沟壑地貌,地形起伏大,降水入渗系数极小,浅部地层富水性极弱,是下伏含水层补给能力较弱的水源。陆相沉积形成的砂泥岩互层结构,不存在区域性稳定隔水层,各层段均属于弱-中等富水性含水层,3个矿井的白垩系含水层水位下降了20~130 m,证明浅部与深部含水层存在较密切的水力联系。煤层顶板主要发育七里镇砂岩和真武洞砂岩含水层,为厚度较大的中粗砂岩段,直接充水含水层地质沉积条件相似,但是沙漠区工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量和采空区涌水量均远大于其他地貌区,直接充水含水层富水性主要受地貌控制,深部含水层的水源为大气降水和第四系含水层。沙漠地貌区的不同矿井,工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量、采空区涌水量也存在较大差异,该差异与直接充水含水层厚度和岩性等有关,反映了地质沉积条件也是控制含水层富水性的重要因素。地形地貌和地质沉积是控制直接充水含水层富水性和工作面涌水量的关键要素。     

基于GIS和AHP的谢桥煤矿13-1煤顶板突水危险性评价

为解决谢桥矿13-1煤层顶板突水评价难题,利用ArcGIS的空间分析功能,通过对主控因素数据进行采集及归一化处理,建立子专题图层。然后运用AHP方法确定各主控因素的权重比例,在此基础上将各个主控因素进行无量纲处理后按照权重进行复合叠置,提出煤层顶板突水危险性的分区方案。将顶板已有出（突）水数据与分区结果比较,结果表明,线性脆弱性指数法可以客观、定量、准确的评价煤层顶板突水危险性。      

山西潞安集团李村煤矿水文地质条件及矿井涌水量预测

李村煤矿为新建矿井,位于潞安矿区西部深埋区,计划开采山西组3号煤,矿井水害为煤层顶板砂岩裂隙水.在分析矿井水文地质条件的基础上,采用瞬变电磁探测成果,对3号煤顶板富水规律进行了研究,认为首采区的各含水层的富水区与构造相差程度高,且为片状分布,主要分布于两个较大倾斜构造和X7陷落柱及工业广场南部的陷落柱附近.采用富水系数法和解析法对井井底车场和首采工作面的涌水量进行了预测,认为富水系数法计算的涌水量成果较为可靠;利用承压含水层非稳定流定降深法对首采区1302工作面的涌水量进行了动态预测,发现顶板砂岩含水层是以疏干充水为特征.该研究对李村煤矿矿井建设及采区生产的防治水工作具有指导意义,同时对于山西潞安矿区西部煤层深埋区新建矿井排水系统及矿井防治水措施具有重要的参考作用.     

层次分析模型在“三图-双预测”法中的应用——以鹤岗矿区新陆煤矿为例

鹤岗矿区煤层开采的主要充水水源为顶板白垩系石头庙子组砾岩裂隙水。由于含水层富水性不均一、矿区构造发育,煤层开采时,发生顶板突水的危险较大。"三图-双预测法"为评价煤层顶板突水危险性的主要方法之一。在该方法的应用中,如何选择适当因素建立含水层富水性分区图是方法的关键所在。以鹤岗矿区的新陆煤矿为例,通过对井田水文地质条件的分析,选择与石头庙子组砾岩裂隙含水层富水性密切相关的单位涌水量、含水层厚度、构造密度、物探解释的富水异常区等7个因素,应用层次分析方法,建立了"三图-双预测法"主要图件——煤层顶板充水含水层富水性分区图,为"三图-双预测法"评价顶板涌(突)水危险性奠定了基础。     

改进的AHP法在煤层顶板砂岩富水性评价中的应用

针对在传统AHP法确定富水性预测评价指标权重时,采用1~9、0~2、0.1~0.9标度法构建判断矩阵过程中存在的问题,引入了新的五标度法。使得在构造判断矩阵时,更加符合专家打分心理,也避免了信息量丢失以及对原始判断矩阵进行间接的数学处理或变换。应用改进的Weber-Fechner定律评价数学模型,对葫芦素井田延安组三段3-1煤层顶板砂岩富水性进行预测评价。结果表明,改进的AHP法确定富水性预测评价指标权重时是有效的,同时也为富水性预测评价提供了一种新方法。     

淮北袁店煤矿101、102采区煤层底板突水危险性综合评价

为有效控制煤层底板带压开采突水发生,同时解决突水系数法评价底板突水的局限性,引入灰色模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性。以袁店煤矿101、102采区为例,通过对10煤层水文地质条件、底板充水水源和充水通道深入分析,提取评价煤层底板突水危险性关键指标,综合考虑岩溶裂隙发育、地质构造、隔水层厚度、裂隙含水层富水性、灰岩含水层厚度5个突水主控因素,并进行底板突水危险性分区。结果表明：101采区底板突水危险性较小,102采区危险性较大。建议对102采区局部富水地段进行注浆加固,以达到防治突水的目的。