组合赋权法在含水层富水性评价中的应用

侏罗系中统基岩裂隙含水层是神南矿区煤矿生产面临的主要充水含水层,以张家峁井田为例,选取了影响含水层富水性的砂岩等效厚度、砂泥岩厚度比、岩芯采取率和砂泥岩互层层数等4个指标,采用层次分析法和变异系数法求取各指标组合权重,改进了传统的富水性结构指数的数学模型,对张家峁井田煤层顶板侏罗系中统基岩裂隙含水层的富水性进行评价。研究表明:组合赋权法既可以避免主观赋权过程中人为因素干扰过重的缺点,又可以避免客观赋权过程中权重与实际不符的缺点;以富水性结构指数G′=0.06、0.13作为侏罗系中统基岩裂隙含水层富水性强弱的分区阈值,所取得的评价结果可以更客观、准确地评价煤层顶板富水性,为矿井防治水工作提供参考依据。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。     

顶板风化基岩含水层富水性评价

在总结柠条塔煤矿南翼水文地质条件的基础上,优选影响2~(-2)煤层顶板风化基岩、直罗组砂岩含水层富水性的主控因素,采用层次分析法计算各主控因素的权重,运用GIS将影响含水层富水性的各主控因素依据权重复合叠加得出富水性分区综合图。研究表明:柠条塔煤矿南翼2~(-2)煤层顶板风化基岩裂隙含水层南部及西南部富水性较强;直罗组砂岩裂隙含水层的富水性整体上弱-中等,富水性较强区域主要位于研究区的西南部。     

长治三元晋永泰煤矿水文地质条件分析

针对计划开采的15~#煤层面临的水害问题,采用综合分析法,对长治三元晋煤永泰煤矿含水层富水性、隔水层隔水性及地下水补径关系进行综合分析,认为在上覆3号煤层导水裂隙带影响下,15~#煤的导水裂隙带有导通到地表的可能,15~#煤层顶板水富水性变化大,底板标高高于奥灰水水位标高。计划开采的15~#煤受采掘破坏或影响的含水层有一定的补给水源,但补给条件一般,综合分析矿区水文地质类型为中等型。     

煤矿顶板基岩富水性综合探测及分析

煤矿顶板水害的探测与治理对于保障矿井的安全生产和经济效益、保护生态环境具有重要意义。为此,有必要在采煤工作面回采前,探明顶板含水情况。以郭家湾煤矿51109工作面为例,基于顶板上方的综合物探结果,结合钻孔、水文地质资料及采掘资料综合分析,探测出工作面顶板上方0～100 m富水异常区域范围。通过综合分析可得,1号、2号和3号异常区主要为5-1号煤层顶板裂隙承压砂岩含水层、4-3号煤层顶板裂隙承压砂岩含水层及第四系全新统冲洪积层孔隙含水层相对富水所致。多种手段联合解释结果准确可靠,可为回采工作面防治水提供重要指导。     

正村井田地下水赋存特征分析及矿井涌水量计算

分析了新安煤田正村井田地下水赋存特征,奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水层为强富水性含水层,太原组灰岩裂隙岩溶水承压水含水层为中等富水性含水层,山西组砂岩裂隙承压水含水层为弱富水性含水层。矿井开采过程中,充水来源主要是煤层顶板直接充水含水层的地下水及底板水,即太原组灰岩中的地下水。遇断层时,应防止奥陶系灰岩水突入矿井。介绍了用狭长地沟法及富水系数法计算矿井涌水量。     

巴拉素井田煤层富水机理与注浆堵水技术

陕北侏罗纪煤田榆横矿区(北区)是我国重要的煤炭生产基地,区内大型矿井分布较多,煤层埋藏相对较深,在采掘过程中发现有富水煤层问题。为研究区内煤层富水机理及采掘过程中的水害问题,以巴拉素煤矿2号富水煤层注浆堵水治理工程为例,通过对水文地质条件和地下含水层之间水力联系情况分析,查明了区内各含水层水文地质特征及类型,确定了2号煤层水为立井井筒过煤层段的主要充水水源,并提出了富水煤层注浆治理保障新技术。通过抽水试验、水化学测试,发现区内地下水含水层主要为第四系松散层潜水含水层、白垩系下统洛河组孔隙-裂隙含水层、侏罗系中统直罗组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤顶板延安组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤层含水层等。第四系松散潜水含水层和白垩系洛河组孔隙裂隙含水层之间水力联系密切,其他含水层之间均未发现水力联系。根据现场实际及多次实践,确定以"引流注浆、帷幕封堵"为总体思路,运用"井下打钻,地面拌浆,管道输送,高压灌注"的方法,完成2号煤层富水区段的封堵。研究及实践结果表明:通过多种材料结合、钻探注浆等组合工艺实施后,在副立井井筒马头门煤层揭露区段及待掘巷道周围形成了有效的止水帷幕,将掘进巷道与富水煤层隔开,最大程度地减小井筒涌水量,超出预期目标完成注浆堵水任务,副立井井筒总涌水量由最初的150 m~3/h(最高200 m~3/h)衰减至竣工时的11 m~3/h,注浆堵水率约为93%,实现了对富水煤层大量出水有效封堵的目的。     

基于标准差修正主观权重的洛河组含水层富水性评价

侏罗系煤田顶板复合含水层具有厚度大、富水性不均一的特点,煤层开采驱动下导水裂隙带发育至不同含水层构成的水害威胁程度不同。彬长矿区位于鄂尔多斯盆地侏罗系煤田南缘,顶板白垩系洛河组砂岩含水层富水性差异较大,对其富水性进行精确评价成为矿区防治水工作开展的重要前提。以矿区内某矿井为例,选取对含水层富水性影响较大的含水层厚度、冲洗液消耗量、岩心采取率、砂泥岩层比率、含水层埋深、矿化度6个主控因素作为评价指标,采用模糊层次分析法确定各主控因素的主观权重,利用标准差对主观权重进行修正,建立含水层富水性评价指数模型,对研究区洛河组砂岩含水层富水性进行评价,并通过勘探钻孔抽水试验成果对富水性评价结果进行验证。结果表明,研究区内洛河组强富水区集中在西北侧,中等富水区分布在研究区中部,弱富水区分布在东南侧,富水性自西北向东南逐步递减,基于标准差修正主观权重的洛河组含水层富水性评价方法提高了预测结果的可靠性和准确性,分区结果可为该区洛河组含水层防治水工作提供指导。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

宁正矿区新庄煤矿首采区侏罗系延安组8号煤层顶板涌（突）水危险性评价

针对新庄矿井水文地质条件特别是矿井水的涌（突）水水源和机理认识不清,直接影响新庄煤矿的安全、高效、绿色开采这一问题,通过水质分析和计算导水裂隙带发育高度,判定新庄矿井8号煤层顶板涌（突）水水源;同时在含水层的厚度、单位涌水量、物探含水层富水异常区、钻孔消耗量、岩芯采取率、地层脆塑性比6个主控因素的含水层富水性分析和综放开采条件下冒裂安全性分析基础上,通过多结果叠合对首采区8号煤层顶板涌（突）水危险性进行评价。结果表明：矿井顶板涌（突）水水源为下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层和中侏罗统直罗组、延安组上、中部(煤8层顶板以上)砂岩复合承压含水层,其中下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层是主要致灾水源。首采区内8号煤层导水裂隙带发育高度均能沟通洛河组砂岩含水层,首采区全区域为冒裂危险区。8号煤层顶板涌（突）水危险区中Ⅰ区主要分布在首采区的北部及中西部,Ⅱ区主要分布在首采区的中部及中西部,Ⅲ区主要分布在首采区的中东部及南部,Ⅳ区主要分布在首采区的东部及南部。     

基于GIS的煤层顶板突(涌)水危险性分析

顾桥矿13-1煤层主要受二叠系煤系砂岩裂隙水威胁,由于矿区含水层富水性不均一,煤层开采时上覆充水含水层极易被导通。针对13-1煤层的突水问题,运用"三图法"分析了煤层顶板发生突水的相对危险性。根据矿区现有资料,选取渗透系数、单位涌水量、含水层厚度、脆性岩厚度、塑性岩厚度以及脆塑性岩厚度比6个指标作为评价含水层富水性的主控因素。运用层次分析法及GIS的空间分析功能获得三图,将结果与开采部分的突水数据相比较,符合实际情况。     

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。     

基于构造—层次分析法的含水层富水性评价

构造裂隙是含水层富水性的重要影响因素,也是矿井充水通道之一.渭北煤田某矿井5煤直接顶板为山西组砂岩含水层,是煤层采掘中的直接充水水源.对井田内已知构造进行了分形、量化,并结合含水层岩性特征、层位特征等多种主控因素,采用富水性指数法对煤层直接顶板含水层富水性进行了评价和分区,指导了矿井防治水工作的开展.     

西北矿区煤层顶板水害预测及防治技术研究*

针对西北矿区煤层顶板水害特点,提出了煤层顶板含水层富水性探查、煤层顶板水害预测、矿井涌水量预测及其水害防治技术体系,在分析以上方法优缺点的基础上,认为井上下联合探查、钻探与物探并用及“顶板钻探 孔内物探”的思路是顶板含水层富水性探查的方向,基于GIS的煤层顶板水害预测方法的应用是提高其预测准确性的途径之一。     

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GIS和层次分析法的煤层顶板含水层富水性评价

准确的煤层顶板含水层的富水性分区评价,可以指导矿井安全正常持续运转,避免水害发生的重要手段。煤层顶板含水层富水性评价受多种因素的影响,层次分析法可以确定出权重。再运用GIS技术将空间信息整合,形成煤层顶板含水层的富水性评价分区~([3])。     

东胜—神府矿区煤层顶板水害预测及防治

针对东胜—神府矿区煤层顶板水害特点,提出了煤层顶板含水层富水性探查、煤层顶板水害预测、矿井涌水量预测及其水害防治技术体系,在分析以上方法优缺点的基础上,认为井上下联合探查、钻探与物探并用及“顶板钻探+孔内物探”的思路是顶板含水层富水性探查的方向,基于GIS的煤层顶板水害预测方法的应用是提高其预测准确性的途径之一。     

多源地学信息融合的煤层顶板含水层富水性评价

为查明煤层顶板充水含水层的富水性及其分区规律,在综合分析矿区地质和水文地质资料的基础上,采集影响含水层富水性的多源地学信息,确定了影响含水层富水性的主控因素,利用地理信息系统(GIS)软件建立各主控因素专题图,应用层次分析法(AHP)确定各主控因素"权重"系数,对多源地学信息进行复合叠加,最终实现对煤层顶板充水含水层富水性进行分区及评价。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

顶板风化基岩含水层富水特征与涌(突)水危险性预测

为了解决柠条塔煤矿2~(-2)煤层顶部普遍发育的风化基岩含水层突水危险性评价难题,在分析其风化基岩发育特征的基础上,深入挖掘地质及水文地质资料,提出了能够考虑风化程度的富水性评价指标体系,包括风化影响指数、含水层厚度、渗透系数、脆塑岩厚度比、单位涌水量和岩芯采取率,并以此为依托对风化基岩含水层进行了富水性评价。以更加精确地预测顶板导水裂隙带发育高度为目标,将实测数据用于对经验公式的校正中,得出了符合研究区实际情况的导水裂隙带发育高度计算公式。根据导水裂隙带高度计算结果对顶板冒裂安全性进行分区,结合富水性评价结果,对煤层顶板风化基岩裂隙含水层突水危险性进行了预测评价。