用地理信息系统预测煤矿底板突水：以峰峰二矿小青煤采区为例

介绍了应用ＧＩＳ技术进行煤矿底板突水预测的方法和步骤，建立了峰峰二矿小青煤开采底板突水模式，并利用分区阈值对其突水危险性进行了分区和预报     

GIS在刘桥二矿煤层底板突水预测中的应用

在介绍GIS应用于煤矿底板突水预测方法、步骤的基础上,以皖北矿务局刘桥二矿为例,建立了预测煤层底板突水的多因素突水模式,对突水危险性进行了分区预测,取得了较好效果,为煤层底板突水预测提供了一条新的途径。      

突水系数的产生及修正过程

从煤层底板突水预测预报问题出发,就突水系数评价水害方面,从1964年煤炭部焦作水文地质会战开始,到2009年的《煤矿防治水规定》,分析了各个阶段突水系数公式及其修正过程。结合实例,对弃用修正突水系数的意义进行了全面阐述。研究认为：在所有的预测预报方法中,煤层底板突水系数在煤层底板突水评价中最为简单实用;突水系数的意义在于简明扼要,符合实际,应大胆使用;突水系数演化到今天并不影响我国煤矿水害的研究和进展,反而对我国煤矿水害评价起到了正确的指导作用。     

融合突水系数和断裂构造分维值的工作面底板突水危险性评价

针对北皂煤矿H2108工作面开采受底板中砂岩突水威胁的现状,在综合分析工作面水文地质特征和底板突水危险性影响因素的基础上,为解决突水系数法评价煤层底板突水危险性的局限性,提出运用信息融合的方法将突水系数与断裂构造分维值相融合,对工作面开采突水的可能性进行了综合评价,并对煤层底板突水的危险区域进行分区与预测,得出了北皂煤矿H2108工作面总体能实现安全开采的结论,给出了工作面安全开采底板突水防治措施。     

矿井煤层底板突水预测新方法研究

本文针对煤矿矿井煤层底板突水系统为一非线性系统的特性,提出采用对非线性问题具有良好适用性的人工神经网络系统（以下简称神经网络）,进行煤层底板突水预测。以作者们研制,使用神经网络的实践为基础,阐述系统、建模方法、适用条件和应用问题,并在焦作矿务局演马庄矿、焦作金科尔集团方庄煤矿对所建立的煤层底板突水预测神经网络进行生产性检验,取得良好的结果,说明该系统应用于煤层底板突水预测的可靠性。     

基于GIS的煤矿底板突水预测模型的构建与应用

煤层底层突水,是一种多因素综合影响的煤矿地质灾害,因其形成机理的复杂性和时空分布的不规则性,使预测预报成为煤矿领域的一个难题,本文结合山东肥城国家庄煤矿底板突水预测的工作,系统阐述了在ＧＩＳ的空间分析,空间操作功能的支持下,建立底板突水预测模型的基本理论与方法。     

用数学水文地质方法预测黄家堡井田底板突水性

北方煤田主要可采煤层,位于石炭二叠纪地层之内,一般都实行带压开采,往往导致底板突水,影响生产或淹井。因此,查清间接底板奥灰水的分布趋势,对底板突水性进行预测,势在必行。笔者以黄家堡井田为例,从分析底板突水因素入手,用半经验公式预测底板突水性,然后用数学水文地质方法,对各影响突水因素进行趋势分析,了解突水性在空间变化趋势,以供煤矿开采参考。      

岩溶煤矿矿井煤层底板突水预测的相空间重构

本文针对岩溶煤矿矿井煤层底板突水系统动力学行为的复杂性,采用近年发展起来的相空间重构方法,计算了该类复杂系统吸引子的关联维,据此对煤层底板突水行为进行了分析、预测,并用生产实践证明预测的正确性。      

突变学理论在桃园矿10煤底板突水预测中的应用

10煤是桃园煤矿三大主采煤层之一。距离其较近的太灰含水层,是10煤开采的直接充水含水层。在该含水层外围,以奥陶系为主的隐伏型碳酸盐类裂隙岩溶含水岩组,是其强大的补给来源,这对矿井安全威胁较大。采用突变学方法建立了煤层底板突水预测模型,对桃园煤矿10煤1026-2、1041-2和1031工作面底板突水的可能性进行了预测,为桃园煤矿底板突水防治提供了理论依据。      

基于二项logistic回归模型与CART树的煤层底板突水预测

为定量评价煤层底板突水信息对突水过程的影响程度,获得煤层底板突水规则,采用二项logistic回归与CART树相结合的方法进行煤层底板突水预测。在煤层底板突水信息分析的基础上,建立了包含全因素的煤层底板突水预测概率模型,基于向后逐步回归分析方法获得了包含6项主要突水信息的精简煤层底板突水预测概率模型。通过CART树算法获得了煤层底板突水规则,分类测试结果表明,所获得的突水规则分类准确率达到91.67%。      

煤层底板突水因素的综合评价：以肥城矿区为例

将系统工程中的层次分析引入煤层底板突水的研究中。以肥城矿区为例，阐述了煤层底板突水因素综合评价方法的应用，使底板突水评价研究从定性向定量转化，对查明底板水文地质条件和突水预测具有重要的指导意义。     

基于GIS的煤层底板突水脆弱性评价——以山西曹村井田为例

煤层底板突水因素众多,突水系数法作为传统的方法所能考虑的突水影响因素种类很有限,不能全面的描述煤层底板突水的复杂机理。为保障煤矿的安全生产,本文以底板突水脆弱性理论为基础,对曹村井田II^#煤层底板突水危险性进行评价,为煤矿今后的安全生产起指导作用。     

利用神经网络预测煤层底板突水

本文利用神经网络对已知样本进行学习。旨在预测煤层底板突水，取得了较好效果，为煤层底板突水预测提供了一条新途径。     

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。      

煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术

准确圈定煤矿工作面底板突水预警重点监测区域,实现监测位置和潜在突水点位置在空间上的匹配,是突水灾害预警急需解决的问题之一。为研究煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术,采用水文地质分析、GIS空间分析及ANN预测等技术手段,建立了底板突水灾害预警重点监测区域评价指标体系,提出了将不连续指标转化为连续指标的方法,建立了评价模型,研发了重点监测区域评价GIS系统,实现了煤矿底板突水灾害预警重点监测区域GIS与ANN耦合评价技术,最后以赵庄煤矿5303回采工作面底板突水监测预警为例,利用研发的系统圈定了该工作面重点监测区域。研究表明,确定预警重点监测区域的影响因素主要有含水层水压、含水层富水性、含水层防（隔）水煤岩柱厚度、老空区危险性指数、断层危险性指数、陷落柱危险性指数和封闭不良钻孔危险性指数,利用分段函数可以有效将不连续指标转化为连续指标,研发的评价系统可以实现煤矿突水灾害预警监测位置自动评价,评价结果与现场揭露及水害预警系统监测结果一致。      

基于SSA优化的GA-BP神经网络煤层底板突水预测模型与应用

随煤层开采深度的不断增加,煤矿生产过程中面临着复杂的突水机理和多变的突水主控因素,且各因素间相互联系的不确定性,使底板突水预测的难度不断增加。为准确预测底板突水危险性,针对底板突水的小样本、非线性问题,首先利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)将网络随机赋值的初始权值和阈值初次优化,再选取搜索能力强、稳定性较好的麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对权值和阈值进行二次寻优,从而建立SSA-GA-BP神经网络底板突水预测模型。分析整理山东省滨湖煤矿地质及水文地质资料,选取含水层水压、含水层厚度、隔水层厚度、断层密度、断层分维值、渗透系数、单位涌水量、底板破坏深度共8个因素,作为预测底板突水的主控因素,绘制各主控因素3D映射投影曲面图;利用Surfer软件中的克里金插值法提取50个数据点作为模型的输入样本(分为训练集40个,测试集10个),对模型进行训练学习,训练误差精度达到要求后,对滨湖煤矿3个未开采工作面的12个数据点进行突水危险性预测。为了验证所建模型的准确性,利用BP、GA-BP、SSA-GA-BP这3种模型对测试集进行预测;为避免模型仅与BP网络预测对比的片面性,同时选取以熵权法确定权重的模糊综合评判法对测试集进行预测;将各网络模型及方法的预测结果与实际值进行对比分析。结果表明:基于SSA优化的GA-BP神经网络模型突水预测误差较小,预测结果准确率更高,为矿井水害预测预报提供了科学的评价方法和理论依据。      

矿井水害防治专家靳德武

靳德武(1966.3-)男,汉族,陕西蓝田人,工学博士,研究员,博士生导师,现任中煤科工集团西安研究院水文地质研究所副所长,主要从事煤矿防治水科研及技术咨询工作。在煤矿水害防治方面,首次提出煤层底板突水预测泛决策分析的理论与方法,形成并发展了信息分析、人工神经网络等突水预测方法;提出了煤矿防治水技术体系的基本框架和基于地质工程学     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明:12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。      

煤层底板突水综合监测技术及其应用

底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题，因其具有隐蔽性、突发性的特点，防治水工作面临巨大的问题和挑战，因此，底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程，在此过程的不同阶段，底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆，及时、准确、有效地采集这些信息，根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征，为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素，在葛泉煤矿东井11916工作面，利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统，对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明:正常情况下，11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m，但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时，运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用，以及附近的陷落柱原有破裂，致使该位置底板破坏深度加大，达到30~35 m，底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷，底板出水2 m3/h，从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆，对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。      

基于岩性-结构的煤层底板突水危险性评价

煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据。针对煤层底板隔水介质条件,分析了煤系岩石力学性质,煤层底板突水的岩性、结构和厚度特征,建立了煤层底板突水危险性评价理论和方法。研究表明:煤层底板隔水介质条件取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩含量增加,煤层底板隔水性能增高,但抗水压能力降低;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,煤层底板抗水压能力和隔水性能均降低,突水危险性增大。煤层底板抗水压能力与煤层底板隔水层厚度密切相关,统计表明,煤层底板受的极限水压p与底板隔水层厚度h之间为2次幂函数关系。在传统突水系数的基础上考虑了隔水层的岩性和结构特征,提出了煤层底板突水危险评价分类;进一步根据水压P_w与岩体破裂压力P_c关系和水压P_w与最小主应力σ_hmin关系判断是否突水。