聚类分析模糊综合评判法在矿井突水危险性评价预测中的应用

为了准确评价矿井突水危险性,根据聚类分析和模糊综合评判法的原理,以大同矿区同地永财坡煤矿为例,针对现有9个钻孔的煤层底板破坏深度、底板保护层深度、奥灰静水水压、底板有效保护层深度、带压系数、突水系数6个影响矿井突水的关键因子,在采用聚类分析法对该煤矿4#煤层底板突水进行分区的基础上,再利用模糊综合评判法对各突水分区进行等级划分,将突水分区划分成"安全"、"较安全"、"较危险"、"危险"和"极危险"5个等级。经计算,该矿4#煤层底板北部及中部划分为安全区,仅南部和东南部为突水较危险和极危险区。     

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。     

浅层采空区塌陷危险性评价方法研究

鉴于浅层采空区的复杂性、不确定性,目前缺乏针对浅层采空区塌陷危险性的有效评价方法。在对浅层采空区详尽客观调查探测基础上,提出了基于层次分析法的模糊综合评判定量评价方法评价采空塌陷危险性。首先,在研究区工程地质条件、采空区塌陷机理和塌陷影响因素分析基础上建立采空塌陷评价因子体系及标准;其次,针对离散型和连续型变量因子的不同,分别采用专家评定法和适宜的隶属度函数模型构建隶属度评价矩阵,同时采用层次分析法中的特征向量法确定因子权重;最后,通过权重矩阵和隶属度矩阵的合成运算得到评价结果向量,按贴近度原则确定危险性等级。研究结果表明,模糊综合评判方法在评价浅层采空区塌陷危险性方面是可行并有效的。     

GRA——FAHP模型的煤层底板突水危险性评价

矿井水害一直是制约我国煤炭安全生产的重要隐患之一,对其进行准确的预测评价具有十分重要的理论意义和实用价值。本文根据煤层底板突水各影响因素之间的关系是灰色关系并且具有非线性特征的特点,建立了定量与定性指标为一体的煤层底板突水评价指标体系及等级划分标准。同时将灰色关联分析法(GRA)和模糊层次分析法(FAHP)相结合。构建了能真实反映影响因素与底板突水之间灰色关系和非线性关系的底板突水危险性评价模型,并应用模型对某典型工作面突水危险性等级进行了评价,可为今后煤层底板突水预测评价的研究提供一定的借鉴和依据。     

基于多方法的煤层底板突水危险性评价

选择平顶山煤田二矿、十矿和十二矿51个钻孔的隔水层厚度、断层复杂程度、含水层水压、含水层单位涌水量、采高5个因素为评价因子,以层次分析法和灰色关联分析法计算的常权权重为基础,应用变权理论确定各指标因子的变权权重;分别利用物元可拓法、模糊可变集理论、突变理论、模糊综合评价法,对煤层底板突水危险性进行评价并确定突水危险性等级。与实际开采情况的对比分析证明,模糊可变集理论是最适宜研究区的底板突水危险性评价方法,评价结果与开采实际较为吻合。模糊可变集理论的评价表明,二矿、十矿、十二矿带压区内安全区占比分别为4.08%、14.30%、0,低威胁区占比分别为76.91%、83.14%、85.78%,高威胁区占比分别为19.01%、2.56%、14.22%,研究区内暂无危险区。      

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。      

基于EW-FAHP的煤层底板承压水突水危险评价

以平顶山十三矿己四采区底板灰岩的突水危险性评价为例,将熵权法(EW)和模糊层次分析法（FAHP）耦合在一起,确定了突水影响因素的权重,并建立了突水危险性评价模型。结果显示:十三矿己四采区二1煤底板标高-150~-350 m区域,不受底板灰岩水的影响,属于安全区;标高-350~-700 m 且不受断层影响的区域属于较安全区;标高-700 m以下及标高-350~-700 m且受断层影响的区域属于突水危险区。在前期突水资料少和数据量有限的条件下,EW-FAHP法能够较为客观地确定突水影响因素权重。     

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。      

新义煤矿底板采动破坏规律及突水危险性研究

为了研究新义煤矿煤层底板的突水危险性,分析了矿区的水文地质条件,设计了底板采动破坏的测试方案,结合FLAC数值模拟软件和经验公式对底板采动破坏深度进行了分析,采用考虑矿压影响的斯列萨列夫公式对底板突水危险性进行了评价,为新义煤矿的安全合理开采提供了科学依据。     

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。      

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。      

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。      

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。     

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。     

煤层底板突水突变模型

本文建立了煤层底板突水的一个尖点突变 (cusp)模型 ,并分析了煤层底板失稳破坏发生突水的机制。基于定态曲面方程 ,可求得煤层底板水压应力比 Ip。当 Ip 1时 ,发生突水 ;当 Ip 1时 ,不会发生突水。基于分支曲线方程 ,可求得煤层底板突水临界采动导水裂隙带深度 h1l,当 h1 h1l 时 ,发生突水 ;当 h1 h1l 时 ,不会发生突水。     

开滦矿区地应力场特征及其研究意义

地应力是影响矿井突水的重要因素之一,是存在于地壳中的重要能量场条件。采用现场应力解除法对开滦矿区多个矿井进行了地应力测试,分析了研究区现今地应力分布规律,在此基础上,建立了煤层底板突水危险性与岩石力学性质及地应力之间的相关关系和模型,对范各庄矿12煤层底板和东欢坨矿12-2煤层底板突水危险性进行了评价。研究结果表明,本区地壳浅部现代地应力作用较强,整体处于近东西向挤压应力场中,在挤压应力作用下,煤岩层应力状态主要表现为水平主应力大于垂直主应力,原岩应力主要由构造应力和自重应力场构成。煤层底板突水危险性受岩石力学条件和地应力所控制,当岩石破裂压力大于水压（Pf〉Pw）,则不产生突水;若岩石破裂压力小于水压时,则有可能突水。当承压水的水压（Pw）小于最小水平主应力（σhmin）时,不会产生突水。只有当承压水的水压（Pw）大于最小水平主应力（σhmin）时,存在突水危险性。范各庄矿12煤层底板和东欢坨矿12-2煤层底板破裂压力（Pf）和最小主应力（σhmin）均大于其底板岩体承受的水压（Pw）,本区在无构造破坏卸压条件下是不会发生底板突水的。     

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     

随机-模糊统计方法在岩土特征参数指标统计中的应用

岩土工程中的随机-模糊统计方法用模糊理论准确表达了岩土材料的空间变异性。针对随机-模糊方法权重系数的取值进行了讨论,研究了“参照点”在随机-模糊方法的意义,指出了“参照点”与核点无限接近时的最大隶属度才是所要求的正确结果,并根据模糊随机原理提出了直接迭代求解目标函数的流程。采用建议方法对某核电岩土工程中的参数进行了计算,获得了取不同“参照点”时各样本的隶属度曲线以及“参照点”向核点逐步逼近的过程曲线。结果表明,隶属度函数采用指数函数是合理的,样本隶属度分布形态为窄域“正态”分布。所得结论可为随机-模糊统计方法在岩土工程中的应用提供基本理论依据。     

丘陵型水库地质灾害危险性模糊综合评判——以辽宁省西丰县诚信水库为例

运用模糊综合评判法对丘陵型水库地质灾害危险性进行分单元评价,以辽宁省西丰县诚信水库为例,建立了丘陵型水库地质灾害危险性评价指标体系,利用层次分析法确定评价因子的权值,运用两级模糊综合评判法对地质灾害分区进行定量评价。根据最大隶属度原则得出每一单元的评价结果。     

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。