礦井地質保障系統的關鍵技術

董憲海

（雙鴨山市煤炭生產安全管理局，黑龍江雙鴨山 155100）

礦井地質保障系統的關鍵技術

董憲海

（雙鴨山市煤炭生產安全管理局，黑龍江雙鴨山 155100）

礦井地質保障系統的關鍵技術包括導水裂隙發育帶的綜合物探技術、礦井瞬變電磁法和電磁波層析成像技術、礦井涌水量計算與評價、煤礦水害模型的建立和預測、煤礦水害防治的輔助決策等，在礦區地質具有整體性、多變性和不可預測性的情況下，為礦井提供安全保障。

礦井；地質保障系統；關鍵技術

1 礦井地質構造解釋方法

第一，構造復雜程度定量評價。在區域構造背景分析、井下觀測、資料分析和各種地質、礦井及物探資料綜合研究的基礎上，采用構造應力場、有限元模擬等方法，根據地質模式、數學模式、物理模式和構造復雜程度分形網絡進行構造預測的思路。開辟根據構造應力場、構造規律進行構造預測的新方向，并通過這些指標來解決生產上的難題。

第二，地震屬性的提取技術。從研究區域的三維數據體中提取有關的地震屬性參數，應包括時間域、頻率域和分形域參數。

第三，斷層模式識別方法。從研究區域的三維數據體中提取有關的地震屬性參數（包括時間域、頻率域和分形域參數）。結合研究區域的地質資料，利用4種模式識別方法，即模糊綜合評判、模糊模式識別、分段線性模式識別和人工神經網絡，來確定小斷層位置。

2 煤礦水害的多元信息預測方法及防治措施

第一，導水裂隙發育帶的綜合物探技術。首先在研究區域的三維地震數據體中，從時間剖面或面塊切片中提取基于剖面或數據體的地震屬性參數，利用這些地震屬性剖面對煤層頂、底板范圍內導水裂隙發育帶進行解釋，查明導水裂隙的發育情況、覆蓋層的構造形態及隔水層厚度。然后，利用礦井直流電法與地面瞬變電磁法資料，結合水文地質工作，對重點異常部位進行精細勘探，把水文地質工作中的非定量因素定量化，為采場涌水量預測提供基礎資料。第二，礦井瞬變電磁法和電磁波層析成像技術。第三，礦井涌水量計算與評價。第四，煤礦水害模型的建立和預測。第五，煤礦水害防治的輔助決策。

3 煤礦工程地質條件的評價

第一，巷道圍巖穩定性分類。給出不同巖層、構造部位、深度水平巷道圍巖穩定性分類圖，分析不同類型巷道圍巖穩定性及合理的支護措施。第二，煤層頂板分類。給出直接頂、基本頂類型，分析不同類型頂板穩定性及可能出現的問題。第三，煤層開采導水裂隙帶高度預計。預測不同頂板類型、煤層厚度、開采方法（分層開采、放頂煤開采）頂板導水裂隙帶高度及其空間變化。第四，帶水開采工程地質問題研究。

4 礦井多元地質信息集成系統

考慮到礦區地質體的整體性、多變性、不可預測性和基礎數據采集手段的多樣性，以及生產急需的實時有效信息的隱蔽性，形成礦區需求分析的多元信息集成系統，如圖所示。

圖基于礦區需求分析的多元信息集成系統

第一，多元數據。包括礦區可能用到的所有與生產相關的數據，以三維地震數據為主，并結合礦井地質、礦山測量、礦井物探、水文地質、工程地質等各種與煤炭開采活動相關的地質數據。其載體以現有工作流程中使用的各種形式為主，如報表、文字、圖件、照片、數字、數據庫等。

第二，集成系統。強調以地質體（如煤層、含水層的界面等）為研究對象，建立相應的數據結構以及數據轉換機制，以實現前述多元數據的有機集成和有效共享，給出礦區各主要地質體的高精度三維數字模型，實現地質體專題數據的三維可視化，為用戶提供任意方向的高精度剖面圖、平面圖和立體圖等。

第三，預測模型。按其用戶需要，建立、調試諸如構造的破壞性、工程安全性和突水危險性及其他地質災害的預測模型。該模型可根據生產過程中新獲得的數據不斷更新，實現動態預測，以指導生產。

第四，決策信息。用戶需要的決策信息可借助本系統實時生成，并通過網絡在指定范圍內傳送。信息的輸出方式由用戶指定，如網上查詢、屏幕顯示、繪制各種圖件等，其中圖件繪制功能由礦區原有繪圖系統完成。

5 結語

實現以上多元數據集成系統的關鍵是建立經過抽象的幾類空間對象的數據模型框架。各級各類對象的初始形態都用空間實體的三維坐標數組來描述，而各個空間對象的實際顯示或繪圖數據，則由一組與之對應的、經過空間變換的坐標值來實現。空間變換包括投影方式、比例尺以及視角的變換。其中不同尺度下的實際顯示坐標值，則通過數據結構中的特定增量值來調節，從而在確保顯示精度的條件下，最大限度地減少數據冗余。

［1］李增學.礦井地質學［M］.北京：煤炭工業出版社，2009.

［2］何保.煤礦地質學［M］.沈陽：東北大學出版社，2013.

［3］張德棟，陳繼福.煤礦實用地質［M］.北京：化學工業出版社，2007.

［4］楊孟達.煤礦地質學［M］.北京：煤炭工業出版社，2008.

F416.1

A

1674-8646（2016）01-0030-02

2015-10-18

董憲海（1970-），男，黑龍江伊春人，工程師，主要從事煤礦地質技術研究。