基于AHP与GIS的煤层顶板突水危险性评价

为准确评价赵家寨矿12采区东翼二₁煤层顶板突水问题,选取导水裂隙带高度、导水裂隙带高度范围内的含水层厚度、新近系含水层的富水性、剩余黏土层厚度、断层分维值5个因素作为煤层顶板突水的主控因素,运用层次分析法确定各主控因素对总目标的影响权重,并通过自然分级法确定研究区的分区阈值,最终获得了研究区二₁煤层顶板突水危险性评价模型。评价结果与后期工作面开采的疏水结果相一致,实际疏放水量与预测静水储量吻合度达96.7%,实现了二₁煤层的安全回采。     

改进的“三图法”在煤矿顶板水害评价中的应用——以东胜煤田台格庙勘查区为例

通过建立台格庙勘查区首采煤层冒裂安全性分区图和煤层顶板含水层富水性分区图,来对煤层顶板的含水层涌(突)水条件进行评价。针对勘查区煤层厚度变化大、顶板无稳定隔水层,顶板含水层富水性较弱的特点,在传统的“三图法”基础上,充分考虑了含水层的富水性和导水裂缝带发育高度这两个因素,选用导水裂缝带高度与含水层厚度的百分比来表示导水裂缝带发育高度对含水层涌(突)水的影响,在此基础上对首采煤层顶板含水层涌(突)水条件进行综合分区评价。四井田中部及二井田北部地区涌(突)水危险性为较危险区,三井田北部、五井田南部及勘查区南部局部地区涌(突)水危险性为过渡区,其他地段为安全区、较安全区。针对顶板充水含水层涌(突)水条件综合分区,提出了疏放水、注浆、监测等防治水措施建议。     

神南矿区张家峁煤矿煤层顶板涌(突)水危险性评价

根据对张家峁井田地质及水文地质资料的分析研究,利用GIS多源数据融合方法,采用“三图—双预测法”进行煤层顶板水害危险性预测评价。首先以“富水性结构指数法”对煤层顶板基岩裂隙含水层进行富水性分区评价,然后针对煤矿正在开采的煤层顶板导水裂隙带发育高度进行研究分析,最终将之前得到的富水性分区图与冒落带分区图进行叠加分析,得到顶板含水层突水危险性分区图,进而采取相应的治理措施。研究表明,由于导水裂隙带均发育到其顶板含水层,故涌突水条件主要取决于其含水层的富水性,对于基岩裂隙含水层来说,总体上中部、西南部和西北部突水危险性较高,东部突水危险性较弱,由东至西突水危险性逐渐增大,相关研究在22202工作面涌水量观测结果中得到了验证。     

煤层直接顶板弱富水性含水层涌(突)水危险性评价

针对当煤层顶板含水层富水性较弱且煤层与含水层之间缺失隔水层时,煤层顶板涌(突)水危险性评价的难题,借鉴"三图法"基本原理,采用基于多源信息融合的富水性指数法对含水层富水性进行评价,绘制出富水性分区图;以垮裂带发育到含水层中的距离与含水层厚度的比值为指标确定垮裂程度分区图;将富水性分区图与垮裂程度分区图复合叠加,根据制定的涌(突)水危险性评价标准,最终获得煤层顶板涌(突)水危险性评价结果。结果表明:该方法较好地反映了垮裂高度对涌(突)水危险性的影响,与实际情况较为吻合,较传统"三图法"更加有效。     

汾源煤业5#煤层顶板含水层富水性及突水危险性评价

为评价5^#煤层顶板石灰岩含水层突水危险性,通过石灰岩含水层富水性的分析结果,确定石灰岩含水层富水性相对较强区域主要分布在井田的北部和中部;通过将冒裂程度与富水性分区叠加,得出石灰岩含水层突水危险性程度。结果表明:石灰岩含水层整体突水危险性弱,仅在井田东南部存在小部分突水危险区,井田范围内大部分区域均为较安全区和过渡区。     

集贤井田煤层顶板危险性综合评价与防治对策研究

以集贤井田主采煤层9~#煤为例,在收集大量地质资料和水文地质资料的基础上,建立了煤层顶板的水文地质概念模型。运用"三图"理论,将煤层顶板导水裂缝带高度与其顶板含水层覆岩厚度进行比较,确定煤层和煤层顶板充水含水层的导通关系,进而根据导通关系建立冒裂安全性分区图;建立基于GIS与AHP的煤层顶板直接充水含水层的富水性指数模型,生成煤层顶板直接充水含水层富水性分区图;叠加冒裂安全性分区图和富水性分区图,建立了煤层顶板直接充水含水层涌(突)水危险性综合分区图。运用基于采掘进程的数值法对矿井涌水量进行预测预报,并提出相应的防治水措施。     

再论煤层顶板涌(突)水危险性预测评价的“三图-双预测法”

针对煤层直接顶板隔水层缺失或沉积较薄、且上覆充水含水层富水性较弱条件下的顶板水害评价预测,在“三图-双预测法”理论与方法指导下,分别从顶板冒裂程度和含水层富水性强度2个方面入手再次讨论了顶板含水层涌(突)水危险性评价方法。顶板冒裂程度以导水裂缝带扰动破坏上覆含水层距离作为评价指标;含水层富水性评价方法则进一步提升,以富水性指数法为依托,一方面充分挖掘地质和水文地质勘查数据中与含水层富水性相关的信息,包括渗透系数、砂岩厚度、冲洗液消耗量、岩芯采取率和脆塑性岩厚度比等,并将其作为主控地质因素,另一方面将数量有限的单位涌水量作为含水层富水性的实测指标对富水性指数法的评价结果进行校正,解决了在水文地质勘查程度较低情况下含水层富水性合理准确评价与分区难题。在此基础上运用Visual Modflow的DRN边界子模块对天然状态下和采取防治水措施状态下工作面的涌水量进行了动态预测。最后以台格庙矿区为例,说明了特殊水文地质结构条件下煤层顶板涌(突)水危险性评价和涌水量预测方法的具体实施步骤。     

基于层次分析法的富水区预测及其在顶板突水危险性评价中的作用

为评估大南湖七号煤矿7煤开采时可能出现的顶板突水威胁,基于研究区的钻孔数据等地质资料,采用多元地学信息复合叠加思路结合层次分析方法划定7煤顶板含水层的富水性分区,并进一步依据富水性分区成果,采用"三图法"进行7煤顶板突水危险性评价。分析认为,研究区7煤顶板含水层富水性影响因素主要有含水层的厚度、渗透系数、单位涌水量、脆塑性比值等;综合因素层次分析富水性预测显示,7煤顶板含水层在研究区北部和西北部属富水性相对好和相对较好区,东部和东南部富水性相对弱和相对较弱,中部富水性相对中等。顶板突水危险性分区评价结果表明,7煤顶板突水危险性较高,尤以北部地区较为突出,开采时应重点防治。     

巷道掘进顶板突水危险性预测研究

煤层顶板水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,近年来陕北浅埋煤层矿井巷道掘进时顶板突水事故常有发生,其主要原因是侏罗系风化基岩含水层相对松软,富水性较强,在煤层上覆相对隔水层厚度较薄区域,巷道掘进时围岩扰动沟通了风化基岩含水层,或直接揭露风化基岩含水层而引发掘进面突水,甚至突水溃沙(泥)。因此巷道掘进顶板突水危险区的预测十分必要。以红柳林井田4^-2煤开采为例,选择风化基岩含水层厚度、风化程度、岩性组合、砂岩层数及古地形标高等5个主控因素,采用随机森林(RF)算法对风化基岩含水层富水性进行了分区预测,编制了富水性分区预测图。同时分析了巷道围岩岩性特征,并结合松动圈厚度实测数据构建了松动圈厚度的多元线性与指数函数回归预测数学模型,得到了围岩松动圈厚度预测结果,以巷道顶板正常基岩厚度与松动圈厚度的差值为主要指标进行了巷道掘进顶板安全性分区预测,编制了巷道掘进顶板安全性分区预测图。在此基础上,利用GIS软件将风化基岩含水层富水性分区预测结果与巷道掘进顶板安全性分区预测结果进行了空间叠加分析,得到了巷道掘进顶板突水危险性分区预测图。结果表明：4^-2煤层...     

基于多源信息融合的底板突水危险性评价

以蒋庄煤矿16煤为研究对象,分析了底板突水因素,选取奥灰含水层水压、奥灰含水层富水性、构造密度、断层规模指数、断层交点分布、有效隔水层厚度、岩性及其组合、岩体完整性等因素作为评价16煤底板突水危险性的评价指标。采用熵权系数法和层次分析法相结合的方法对各评价指标进行赋值,确定各指标对总目标的综合权重,建立数学模型对矿井底板突水危险性进行评价。结果表明:突水危险性较大区域位于井田东北部,是底板水害防治的重点区域。     

基于AHP-熵权法耦合的含水层富水性评价研究

为了对影响徐庄煤矿7煤开采的分界砂岩含水层富水性进行评价,选取了分界砂岩含水层厚度、砂岩粒度特征、岩芯采取率和断裂分维值作为影响分界砂岩含水层富水性的主控因素;选用层次分析法（AHP）确定了各项主控因素的主观权重,利用熵权法确定了各项主控因素的客观权重,通过AHP-熵权法耦合得到了各项主控因素的综合权重;应用ArcGIS建立了基于AHP-熵权法耦合的分界砂岩含水层富水性评价模型,将研究区分界砂岩含水层划分为强富水区、较强富水区、中等富水区、较弱富水区和弱富水区5个级别,研究区东部以强、较强和中等富水区为主,西部以较弱和弱富水区为主,并采用钻孔漏失量数据、已知涌（突）水点的分布,对分界砂岩含水层富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的评价结果与实际相符合,为预测含水层富水性、防治顶板水害提供了有益参考。     

西部生态脆弱矿区矿井突水溃沙危险性分区

以榆神府矿区为例,开展了以多因素融合为基础的突水溃沙评价研究。在突水溃沙机理分析的基础上讨论了突水溃沙灾害形成的影响因子,选取沙层厚度、含水层富水性、有效隔水层厚度和采动空间等作为研究榆神府矿区突水溃沙的关键因素,编制了无量纲图,采用熵权法确定了各因素的权重,在GIS平台下构建了基于多因素融合技术的榆神府矿区突水 溃沙评价模型,以此为基础对榆神府矿区突水溃沙危险性进行综合分区,经验证,评价结果较为合理,说明构建的评价模型适用于榆神府矿区突水溃沙危险性评价。     

基于GIS—ANP的北阳庄煤矿煤层底板含水层富水性评价

煤层底板含水层的富水性对底板突水起到了关键性的作用,只有当导水裂隙带与含水层强富水区域相连接,才会发生矿井突水灾害,因此对煤层底板含水层的富水能力进行研究,有助于预防矿井水害的发生。以北阳庄煤矿陶系灰岩含水层为研究对象,选择煤层底板含水层富水性评价的主要控制因素,同时结合非线性数学方法——网络层次分析法（ANP）,建立了富水性综合评价模型。在此基础上,利用地理信息技术（GIS）对各影响因素数据进行了处理,制作了各影响因素专题图并进行了复合叠加和评价分级,最终得出了北阳庄煤矿奥陶系灰岩含水层富水性综合评价分区图。基于GIS—ANP的含水层富水性多源信息综合评价方法,能够反映含水层富水性受多因素控制的特征和因素间的相互影响关系,是一种可行的矿井含水层富水性评价方法。     

采动煤层顶板碎屑岩类含水层富水性评价方法及应用

砂(砾)岩等碎屑岩类含水层广泛发育于含煤地层中,矿井建设及煤炭资源开采过程中引发的突水事故严重威胁了煤矿安全生产,碎屑岩类含水层富水性评价成为矿井水害防治工作的重要工作。本文选取岩层结构与地质构造2个指标作为碎屑岩类含水层富水性的控制因素,提出岩性结构系数量化含煤地层岩性及其组合关系,引入分形理论定量评价地质构造复杂程度,基于此构建含水层富水性评价模型,依据矿井已有工作面突水资料,确定含水层富水性分区阈值及其等级划分标准,形成了碎屑岩类含水层富水性预测方法。研究成果成功应用于高庄煤矿湖下3上1煤层顶板砂岩含水层富水性评价工作中,取得良好效果。     

煤系顶板砂岩含水层富水性分区研究

为探讨禹州煤田西南部云煤二矿软煤、软底和硬顶且开采煤层厚度变化很大的两软一硬不稳定煤层顶板富水性,以某预开采的工作面研究区为背景,在采掘资料和钻孔数据统计分析基础上,建立了典型钻孔柱状对比图,并进行了岩组类型划分和导水裂隙带高度的计算。在此基础上,采用主采煤层顶板岩性结构指数法对研究区顶板富水性进行了探究,获得了研究区各个钻孔位置裂隙带以内的顶板岩性结构指数量化值,通过内插进行了等值线变化特征分析。然后采用标准化方法对岩性结构指数进行富水性分区,划分出富水性相对弱、中等和强3个区域,与实际情况进行了对比。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。     

底板注浆效果及突水危险性评价法在赵固二矿的应用

针对赵固二矿14030工作面底板突水危险性及注浆加固效果评价问题,采用"27381注浆改造评价体系"进行了评价。结果表明:工作面注浆前底板L2含水层及其导升带含水性中等,距离工作面底板较远,突水危险性较低,L8含水层含水性强,距离工作面底板近,突水危险性中等,二者之间无密切的水力联系;严重危险区多受到断层影响,Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ严重危险区含水类型为J型,突水危险性低;Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ严重危险区含水性为U型,突水危险性中等。工作面注浆后,严重危险区"三参量"评价结果为均为"好";工作面注浆过程经历了初始升高-注浆平稳-相互影响-终压稳固四个阶段,正常带单位面积注浆量为0.012t/m^3,断层带为0.220t/m^3,注浆系数为18.3,工作面注浆效果综合评价为"好",突水危险性评价为"较低"。     

Risk Evaluation of Bed-Separation Water Inrush: A Case Study in the Yangliu Coal Mine,China

Water that accumulates in the void space where overburden strata separate can be an inrush source. We established an engineering geology model of bed-separation water inrush, and chose five factors (hard rock thickness, coal seam thickness, aquifuge thickness, aquifer thickness and hydrostatic head) as risk factors. Additionally, based on an analysis of hydrogeological and engineering geological conditions at two areas in the Yangliu coal mine, the comprehensive weight values of these factors were found to be 0.32, 0.24, 0.18, 0.15, and 0.11, respectively, using fuzzy analytic hierarchy process and entropy method. Finally, the data were normalized, and a zoning map for risk evaluation was created using the space superposition function of GIS. This method was further used to evaluate the risk at the Haizi coal mine, and the results were in accordance with an inrush disaster that occurred at the 745 working face at that mine. This validated the model’s practical applications. This provides mines with strategies to prevent and control bed-separation water inrush.     

深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术

为解决目前蒙陕矿区深部侏罗系矿井采后采场落地水量大、煤水混杂,以及上部煤层距离强含水层较近,无法安全掘进与回采等一系列问题,提出了深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术。应用沉积控水规律,分析了含(隔)水层在平面与剖面的空间展布规律与含水层富水性分布规律,在此基础上,针对煤层厚度变化较大、顶板含(隔)水层交互成层的特征,通过构建含有沉积环境影响指数、砂岩厚度、岩芯采取率、单位涌水量、渗透系数与导水裂隙带发育高度6个指标在内的评价指标体系,提出了符合深部侏罗系矿井水文地质特征的矿井涌(突)水风险分区评价方法,进而根据"断源截流、集中疏排、源头预防、超前治理"的防治水思路,提出了"上行开采低位截流"、"工作面单侧截流"、"工作面双侧截流"与"工作面方向调整截流"4种地下水截流治理模式,最后以蒙陕矿区的门克庆矿井和母杜柴登矿井进行实例分析。应用结果表明:①直罗组一段砂岩含水层主要为河道相沉积,砂体的空间连续性较好,是深部侏罗系矿井的主要充水含水层;②门克庆矿井首采区3~(-1)煤顶板涌(突)水危险区主要分布在研究区的南部,呈东西向条带状展布,与实际情况较为吻合;③根据门克庆矿井首采区涌(突)水危险性分布规律,应用了"工作面单侧截流"与"上行开采低位截流"两种治理模式并分析了其在实际工程中的应用效果。深部侏罗系矿井水害防治作为一个复杂的系统工程,以源头防控为重点的系统防治技术体系仍是深部侏罗系矿井水害防治需要重点攻关的研究方向。     

高承压水体上采煤危险性的多因素综合评价研究

基于高承压含水层上采煤产生的水文地质工程地质问题的复杂性,建立了高承压水体上采煤危险性多因素综合评价模型,通过分析永煤公司陈四楼煤矿水文地质、工程地质及开采技术条件可知,影响研究区高承压水体上采煤安全性的因素多且复杂,确定了煤层底板破坏深度、煤层底板抗压强度、煤层底板隔水层厚度、煤层底板水压、煤层底板标高和断层密度6个因素影响该研究区煤层高承压水体上开采的主控因素。以21111工作面高承压水体上采煤为例,应用高承压水体上采煤危险性多因素综合评价模型,获得工作面的开采危险性指数分区等级图,根据评价结果指导矿井的煤层底板注浆改造,通过煤层底板注浆改造,21111工作面回采时,整个工作面的涌水量约为5 m³/h,主要为顶板砂岩水,底板基本无水。