南屯煤礦17煤底板奧灰突水危險性綜合評價

于為雁，魏久傳，于建龍

(1.中國礦業大學銀川學院，寧夏 銀川　750021；2.山東科技大學地質科學與工程學院，山東 青島　266590；3.山東省核工業二七三地質大隊，山東 棲霞　265300)

南屯煤礦17煤底板奧灰突水危險性綜合評價

于為雁1，魏久傳2，于建龍3

(1.中國礦業大學銀川學院，寧夏 銀川750021；2.山東科技大學地質科學與工程學院，山東 青島266590；3.山東省核工業二七三地質大隊，山東 棲霞265300)

針對南屯煤礦17煤開采中可能出現的底板奧灰突水問題，應用模糊-突水系數法和無量綱信息融合法進行綜合預測評價。評價結果確定了17煤奧灰含水層突水危險性分區和各影響因素的影響程度。突水危險區主要在礦區的東北部，安全區在礦區的西部邊界位置，其余地區為突水較危險區；采深和含水層水壓為17煤開采底板突水危險性的主要影響因素。

底板突水；模糊-突水系數法；無量綱信息融合法；南屯煤礦

引文格式：于為雁，魏久傳，于建龍.南屯煤礦17煤底板奧灰突水危險性綜合評價[J].山東國土資源，2015,31(10)：62-64.YUweiyan，WEIjiuchuan，YUjianlong.ComprehensiveEvaluationofOrdovicianWaterInrushofNo.17CoalLayerFloorinNantunCoalMine[J].ShandongLandandResources, 2015,31(10):62-64.

傳統的煤層底板突水危險性分析方法主要有：“下三帶”理論[1]、突水系數法[2]、“四帶”劃分理論[3]、脆弱性指數法[4]、多源信息融合法[5]等。且隨著軟件技術的應用和發展，煤層底板突水危險性的分析出現了許多新方法：人工神經網絡法[6]、支持向量機法(SVM)[7-8]、Fisher判別法等[9]。前述理論方法只是通過不同的方式定性評價突水危險性，卻沒有定量判斷各種因素對突水危險性的影響程度。該文采用模糊-突水系數法確定17煤底板突水危險性分區；然后通過無量綱信息融合法評價所選取影響因素對底板突水危險性的貢獻大小[10]，從而有針對性的做好水害防治措施。

1　研究區地質及水文地質概況

南屯井田位于兗州煤田向斜S翼，總體呈單斜構造，井田東北部—東部存在多個褶曲，幅度較大的為井田東北部的219向斜，其余褶曲幅度均較小。地層自上而下分別為第四系、侏羅系、二疊系、石炭系和奧陶系。主要含煤地層為二疊紀山西組和石炭-二疊紀太原組，煤系和煤層沉積穩定，為華北型含煤建造，含煤地層在井田內起伏不大。

兗州煤田為一不完整的向斜盆地，東部為嶧山斷裂，西、北、南部為奧灰隱伏露頭。盆地內除第四系外，其他含水層補給、徑流、排泄條件均不好。對煤礦生產有影響的主要含水層自上而下為：第四系下組砂礫層孔隙承壓含水層，侏羅系底部砂巖孔隙裂隙含水層，山西組3煤頂部砂巖裂隙承壓含水層，太原組三灰、十下灰及本溪組十四灰溶裂隙承壓含水層，奧陶系石灰巖巖溶裂隙承壓含水層。上述含水層煤系基底奧灰中等富水，含水量和水壓較大。

2　評價方法的應用

根據南屯煤礦17煤開采的實際情況，將其底板突水的影響因素選取為：水壓、隔水層厚度、煤層采深、含水層富水性。

2.1模糊-突水系數法

第一步：數據標準化。在實際問題中，不同的數據一般有不同的量綱，為了使不同的量綱也能進行比較，通常需要對數據做適當的變換。就是要根據模糊矩陣的要求，將數據壓縮到區間[0,1]上。第二步：標定(建立模糊相似矩陣)。夾角余弦法所謂標定就是按照某個準則或者方法，算出衡量被分類對象xi與xj，之間相似系數rij從而確定論域U上的模糊關系矩陣[11]。第三步：聚類(求動態聚類圖)。根據標定所得的模糊相似矩陣R′，還要將其改造成模糊等價矩陣R*。然后根據不同的分類數，就可得到不同的聚類圖。對所取影響因素進行歸一化處理后，得到數據如表1所示。

表1　17煤聚類參數標準化數據統計(無量綱)

對上面所列數據直接利用matlab軟件編程分別求其相似矩陣R′和等價矩陣R*，并進行聚類分析，畫出聚類分析圖(圖1)。

圖1　聚類分析圖

將聚類分析結果與用突水系數法所做分類結果進行綜合分析，得綜合分析表2。

2.2無量綱信息融合法

(1)因為前面對所選取的影響因素已經做了歸一化處理，所以直接應用上面數據分別作出各等值線圖。

(2)前面已經做了突水危險性分區，所以直接將突水系數>0.1MPa/m的危險區面積與各影響因素等值線圖進行信息融合處理，得到危險區與各影響因素信息融合圖(圖2)。

表2　17煤底板奧灰突水評價

圖2　危險區與采深信息融合圖

利用下述公式計算各比重圖影響因子：

式中：F為影響因子；Ki為等值線權值；Si為等值線分面積。各影響因子面積如表3所示。F水壓=0.5×60940.3+0.6×436451.7+0.7×406829.3+0.8×408342.5+0.9×623731.1+1×1014107.9=2479261.57

同理可得：F厚度=1056391.23；F采深=2553769.19；F富水性=292821.27。因此，F采深>F水壓>F厚度>F富水性。

可以看出，在南屯礦區，17煤開采奧灰底板突水影響因素的重要性次序為：17煤采深>奧灰含水層水壓>隔水層厚度>奧灰含水層富水性。因此，17煤采深和奧灰含水層水壓在眾多因素中占主導作用，含水層富水性影響作用最小。說明隨著開采深度的增加，采深和含水層水壓等外部因素影響作用逐漸明顯，含水層本身性質的影響開始減弱。

表3　影響因子面積

3　結論

(1)通過模糊-突水系數法，綜合多種影響因素共同分析，確定了17煤底板奧灰突水危險性的合理分區：突水系數<0.06的區域在礦區的西部邊界位置，突水系數>0.1的區域在礦區的東北部區域，突水系數介于兩者之間的區域幾乎占據了礦區面積的3/4，分布在礦區的中部及東部區域。

(2)通過無量綱信息融合法，確定了各影響因素的重要性次序：17煤采深>奧灰含水層水壓>隔水層厚度>奧灰含水層富水性。說明隨著開采深度的增加，采深和含水層水壓等因素成為影響煤層底板突水危險性的關鍵因素，這對深部煤層開采過程中有針對性的底板突水危險性防治提供了依據。

(3)該文通過模糊-突水系數法和無量綱信息融合法的有機結合，較全面的分析了17煤開采底板奧灰突水危險性問題。

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ComprehensiveEvaluationofOrdovicianWaterInrushofNo.17CoalLayerFloorinNantunCoalMine

YUWeiyan1，WEIJiuchuan2，YUJianlong3

(1.YinchuanCollegeofChinaUniversityofMiningandTechnology,YinchuanNingxia750021,China;2.GeologicalScienceandEngineeringCollegeofShandongUniversityofScienceandTechnology,ShandongQingdao266590,China; 3.No. 273GeologicalBrigadeofNuclearIndustry,ShandongQixia265300,China)

PointingtothepossibilityofwaterinrushinNo.17coalfloorinOrdovicianlimestonewhenmininginnantuncoalmine,byusingthefuzzy-burstingwatercoefficientlawandimensionlessinformationfusion,comprehensivelypredictionandevaluationhavebeencarriedout.RiskzoningofOrdovicianlimestoneaquiferwaterinrushhasbeenclassifiedandthedegreeofinfluencefactorshasbeendetermined.Themostdangerouswaterinrushareasmainlydistributedinthenortheasternpartofcoalmine,safeareasmainlydistributedinthewesternboundaryofthemine,andtherestareasarethemoredangerousareas.TheminingdepthandaquiferwaterpressurearethemainfactorsofthedangerofwaterinrushintheprocessofNo.17coalmining.

Waterinrushfromfloor;fuzzy-burstingwatercoefficientlaw;dimensionlessinformationfusion;Nantuncoalmine

2014-10-23；

2014-12-05；編輯：曹麗麗

于為雁(1988—)，男，山東聊城人，教師，主要從事水工環地質調查與災害防治；E-mail：yuwydyx@126.com

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