gis支持下的煤礦底板突水預報研究

1、GI S支持 下 的煤 礦 底 板 突水預報 研 究 王希良王磊鄭世書孫亞軍( 中國礦業(yè) 大學北 京校 區(qū)· 北 京 1 0 0 0 8 3 )( q - 國礦業(yè) 大學 - 徐 州 2 2 1 0 0 8 )摘 要 華北地 區(qū)特別是太行山東麓 、南麓的煤 田在開采下組煤的過程中普遍地受 到底板奧 灰?guī)r溶 水 的威脅 ．突水淹井事故時有發(fā)生 ，傳統 的底板突水預測方法受到 了前所未有 的挑 戰(zhàn)。本文從分 析煤 層 底板水文地質條

2、 件 、突水因素 、突水機理 為切 人點 ，在 GI S的支持 下 ，建 立了煤層 底板 突水預 測模型 ，效 果 較好 。美鍵 詞 巖 溶水 底板 突水 GI S 預報 GI S ． B AS EDF 0REC AS T I NGM 0DEI ． f - 0RW ATE RBURS TF R0M B E D B 0T T 0M 0FC 0ALM I NEW a n gXi l i a n g( B 兩i n gC a mp

3、u so fC h i n aMi n i n gUn i v e r s i t y1 0 0 0 8 3 )Z h e n gS h i s h u‘ X u z h o uC o m p u so fC h i e aMi a i n gUa i v e r s i t y2 2 1 0 0 8 )A b s t r a c t ： I nc o a lmi n e si nr e g i o n so fn o r t h e

4、r nC h i n a ， e s p e c i a l l ya te ~t e r na n ds o u r t h e r ns i d e - h i l l so fTa i h a n gmo u n t a i n．v ； , a t e rb u r s t so f t e no c c u rb e ca u s et h eb e db o t t o mso ft r i i n e st h e r ea

5、 r eu s u a l l yc o n s t i t u t e db yOr d o v i c i a nl i me s t o n ewh i c he , R nb ee a s i l ye r o d e db yu n d e r g r o u n d~ , , a t e rTh et r a d i t i o n a lme t h o d sf o rf or e c a s t i n gwa t e

6、 rb u r s tb e c o mei n s u fi e n ti ne f f e ct i v e n e s sB a s e do na n l y s i so fg e o h y d ml o g i c a lc o n d i t i o n s ，ws t e rb u r s tf a c t o r sa n dwr i t e rb u r s tme c h a n i s m ，aGI S - b

7、 a s e dwa t e rb u r s ：f o r e ca s t i n gmo d e lh a sb e e ne st a b l i s h e dwh i c hb r i n g sg 。 o dr e s u ] t si nt h ep r a c t i c e ．Ke y w o r d s ： Ka rw a t e r ， Wa t e rb u r s tf r o mb e db ot t o

8、m， G e o g r a p h i ci n f o r m a l i o ns y s t e m { GI S) _For e c a s t i n g1引言 華北石炭 二疊 系煤 田是我 國煤 炭工業(yè) 的重要基 地之 一 ，多年 來 以其 優(yōu) 良的煤質 為我國 國民經濟 的 發(fā)展 提供了可 靠 的能源保 障 。但 近年 來 隨著淺部煤 炭儲量 的急劇 減少 ，深部 開采范 圍的不斷擴 大 ，華 北 地 區(qū)特 別是 太行

9、山東麓 、南麓 的煤 礦在開 采過程 中普遍地 受到底 板奧 陶 系灰?guī)r水 的威脅 ，突水淹井 事故時 有 發(fā) 生 ，給煤 礦 安 全 生 產 帶 來 了極 大 的隱 患 ，嚴重地 影 響和制 約 了煤 炭企業(yè) 的發(fā)展 。因此 ，研究 煤礦 底板 突水規(guī) 律及 機理 ，采 取有 效的方 法進 行 預測預 報 ．為受巖 溶水威 脅的煤 層開 采 提供可靠 的水 文地 質依據 ．已成 為煤 礦安全 生產 中亟需解決 的重 大課題 ，也是 高

10、 產高 效礦 井地 質保 障系統 研究 的重要 內容 之一 。煤礦 底板 巖 溶 水 的 突 出 ，由于 其影 響 因素 多 、G I S支持下的煤礦底板突水硬報研究 機 制復雜而使 傳統 的底 板 突水 預測 方 法遇到 了前所 未有 的挑戰(zhàn) ，GI S的出現 為解 決這一 經 典難 題提 供 了有力的技術 支持 ，它 能綜合 考慮 與煤礦 底板 突水 有關 的各種地 質 、水文 地質和 開采 條件 等因素 ，建 立 的突水危 險程度

11、分 區(qū)圖像和 突水 預報模 式 比較 符 合實 際情況 ，并 以其快 速 處 理 、實 時決 策 的特點 ，為煤礦 安全開 采提供 正確 、直觀 的水 文地 質依據 。筆 者在邢 臺礦業(yè)集 團邢臺礦 的底 板 突水預測 預 報研 究 過程 中 ．將 地 理 信 息 系 統 技 術 用 于 工 程 實 踐 ．取得 了較好 的效果 。2 研 究區(qū)水 文地質條 件分 析 2 ． 1區(qū)域水文地 質條件 邢 臺 井 田位 于邯 邢 水文 地 質

12、中 單元 的百 泉 泉 域 ，其補 、徑 、排 條件是 ：補給 ：大氣 降水是唯 一 的補 給來源 ，補給 方式 維普資訊 http://www.cqvip.com 配準 ，使 所有 參數 與復合 的專題 圖上各 相 應點具 有 同一的坐 標位置 。4 ． 3 多因素 復合 與突水模 式建立 在 GI S的 支持 下 ，對 影 響 煤 層 底 板 突水 的 因 素進行 逐一分析 ，確 定與底 板 突水 相關 程度 較高 的 主要 因素

13、，根 據底 板 突 水 機 理 ，構 筑 初 始 數 學 模 型 ，并與 實際 突 水點 進 行 復 合處 理 ，經 反 復運 算 ，最后得出比較符合實際的突水模式 ( I )復合 采取 UNI O N 的方式 ，將 四個 專題 圖 中 的信息 存儲 層復 合在一起 ：( 2 )擬合處 理 首先 根據 突水 因素和 突水機 理 ，構 造一個 初始 數學模 型 ，然后 從 信 息存 儲 層 中 的 P A T 表 讀取 數 據進行運算 ，

14、得 出不 同開采塊 段 的突水 指數 ，突水 指數越大 ，突水 的可 能性就越 大 再按 照突水 指數 的大小選取適 當 的域 值 ，把計 算 區(qū)劃 分 成 安全 區(qū)、可能突水 區(qū)和突水 危 險區(qū)三類 ，并 將劃 分結果 與實 際情況對 比，擬合 結果 通過 A R C P L O T模塊 在屏 幕 上顯示 出來 ，根 據擬 合情況 ，不 斷調 整模型 ，直 至輸 出結果 與實際情 況基 本一致 ，突水模 型就可 以 確 定下來 。(

15、見 圖 1 )囤 1G [ S 支 持下 的煤 層 底 扳 突水 模 型 建 立 技 術 路 線 圍 ■—曩突水區(qū) ； j l 四 l 皤 阱 過渡區(qū) 耄l 驀妄 安生 區(qū)圍 2 邢 臺煤 礦 9煤 開 采 底 扳 突水 危 險 性 預 測分 區(qū) 圍 ( 1 ： 1 0 0 0 0 】( 3 )突水模式 的建立 TS Z =KG( W P+F D+K G、 ／ I V [ VGI g支持 下 的 煤礦 底 扳 突 水 預 報研 究 式

16、中 T s z —— 突水 指數 wP —— 奧灰 水壓 F D —— 斷層分 維值 KG —— 巖 溶發(fā) 育程度 Mv —— 隔水層 有效厚 度 ( 4 )底板 突水 預測 根 據突水模 式輸 出結 果 ，對 9煤 底板 突水 危 險 程度 進 行劃分 ，得 到如圖 2的分 區(qū)結 果 。突水 區(qū) ( T s z ／ 15 )突水 點大 多發(fā)生在 此 區(qū)域 ，這些 地 區(qū)在 開 采之 前必 須做 專 門的礦井 水文 地質探 查 ，并采取

17、 切 實可 行 的防治 水措施 過 渡 區(qū) ( 07 ≤ Ts z < 15 )本 區(qū)應在 安全開 采取 得經驗 的基礎 上再 進 行開 采 ，并制 定切 實可行 的防 治措施 。安全 區(qū) ( 1z <07 )井 田西翼 一2 1 0 m 水 平 以上 地 區(qū) ，這 些 地 區(qū)在 正常地 質條 件下 一般不 會發(fā) 生突 水 ，但 在開 采 之前 仍應進 行礦 井水 文地質探 查 ，編制 開采方 案 和制 定 相應 的防治 水

18、措施 。5 結 論 ( I )應 用 G I S預 測 預 報 煤 層 底 板 突 水 的危 險 性 ，克服 了 “ 突 水 系 數 ” 等 傳 統 預 測 方 法 的局 限 性 ，對底板 突水機 理 的認識 更加深 刻 ，評 價結 果 比 較 符合 實 際情況 。( 2 )在 GI S的 支 持 下 建 立 的 底 板 突 水 模 型 ，綜 合考 慮 了多種突 水 因素 及其 它們之 問 的相互 作用 關 系 ，思 路 是正確 的 ，

19、方 法是 可行 的 ，實踐是成 功 的 。( 3 )地理信息系統技術在評價煤層底板突水方 面 有廣 闊的 發(fā)展前景 和應 用范 圍 ，可 以利 用其快 速 運 算能力 和實 時決 策的特點 ，把底板 突水 的 中長期 預 報應用 到采煤 工 作面 的短 期 、實 時預報 ，為 煤 礦 安 全生產提 供 可靠 的水文地 質保 障 。- 參 考文 獻 [ 1 ]硅大順 ，郟世書等 ． 地理信息 系統技術 及其在煤礦東 言預耐中的 應 用

20、徐 州 中 國礦 業(yè) 大 學 出 版杜 1 9 9 4 。[ 2 ]塒和平 ，分形—— 巖石力學導論 北京 科學 出版社 ，1 9 9 6[ 3 ]王希 良 邢 臺礦下組煤開采奧灰寰東危險性評 價中國礦業(yè) 大學 碩 士 學位 論 文 1 9 9 3( 收稿 日期 ：2 0 0 0年 6月 2 0日[ 作者簡介]王希良1 9 8 9 年本科畢業(yè)于 中國礦業(yè) 大 學水 文地 質 工程 地 質 專 業(yè) 1 9 9 3年 研 究 生畢業(yè) 于 中