彬长大佛寺矿井涌水量时序预测

为提高矿井涌水量预测精度,解决矿井涌水量预测无法及时响应动态变化的问题,构建一种基于模态分解和深度学习的矿井涌水量多因素时间序列组合预测模型。使用变分模态分解和灰色关联分析筛选主控因素,通过双向长短期记忆网络和卷积长短期记忆网络对高、低频模态分量进行预测。结果表明:对比不同时序预测模型,变分模态分解可以有效捕捉时序数据中的长期依赖关系,提供了更加准确的长期时序数据预测能力;经过鲸鱼优化、贝叶斯优化算法对不同频率模态分量的处理,有效降低了高频部分的无序性、复杂性并优化了较为线性、缓慢的低频部分;验证了矿井涌水量时序预测中的变分模态深度学习组合模型的有效性和适用性,预测精度满足生产需求。该理论丰富了矿井涌水量时序预测方法,对煤矿水害预防具有一定的理论意义。

煤矿充水因素评价及涌水量预测

含水层、老窖水以及采空区积水等水源对煤矿安全生产带来威胁。以山西省某煤矿为例,分析充水因素,并对采用富水系数比拟法对涌水量进行预测,有利于煤矿防治水工作开展,对井下安全生产具有重要意义。

济宁煤田鹿洼煤矿上组煤层水文地质特征分析

鹿洼煤矿已开采上组煤20余年,水文地质条件发生了变化,为了总结影响鹿洼煤矿上组煤开采的水害因素,在研究济宁煤田和鹿洼煤矿矿井水文地质条件的基础上,对上组煤层开采的充水因素进行了分析,并根据多年监测数据,利用“大井法”公式反演求解了导水裂隙带含水层渗透系数,采用解析法和比拟法预测了矿井涌水量。研究结果表明,鹿洼煤矿开采上组煤的主要充水水源为第四系下组下段孔隙水、老空水、侏罗系砂砾岩水、3煤顶底板砂岩水、三灰水和奥灰水,主要充水通道为断层、采动裂隙、封闭不良钻孔、岩溶陷落柱等;采用解析法预测的上组煤层正常涌水量为158.5 m^(3)/h,符合矿井实际,但建议采用比拟法预测的上组煤层正常涌水量219.23 m^(3)/h,最大涌水量328.85 m^(3)/h,提出了矿井水害防治建议。

煤矿充水因素评价及涌水量预测

为真实掌握煤矿的涌水量和充水条件,在对煤矿水文地质分析的基础上,首先对充水条件和充水因素进行评价,得出煤矿的充水通道主要为导水裂隙带,基于层次分析得出通道条件的权重因子为0.2667最大,为该煤矿的充水的首要条件;在对煤矿历年涌水量观测结果分析的基础上,采用大井法对涌水量进行预测,综合分析最终得出该煤矿正常涌水量为462 m^(3)/h,最大涌水量为693 m^(3)/h。

基于降雨量数据的程潮铁矿涌水量时序性预测模型

无底柱分段崩落法开采必然形成大范围的地表塌陷区,所分布的导水裂隙将导致大量的地表降水向下渗透,引起巷道涌水量骤增,程潮铁矿现已进入-500 m开采水平,大气降雨与崩落法开采所引发的裂隙持续动态发展之间的相互作用机制十分复杂。因此,为科学准确地预测井下涌水量,本研究提出了一种以降雨量为输入数据的涌水量灰色GM(1,2)时序性预测模型。以程潮铁矿2019—2021年的降雨量、涌水量实际数据为训练样本,充分考虑崩落法开采对上覆岩体的持续影响,引入时序性系数K对模型进行优化,最终建立的灰色GM(1,2)时序性预测模型与传统的GM(1,2)预测模型相比,预测精度平均提高了7.79%。运用该模型对2022年的涌水量进行预测检验结果表明,其旱、雨两季的预测精度分别为93.51%、93.58%,预测效果较好。研究成果是通过地表降雨量数据直接预测矿山井下涌水量数据的一种有效方法。

蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

基于ARIMA-GM模型的矿井涌水量预测

在煤矿开采过程中,矿井涌水量预测对矿井安全生产具有重要意义。以新疆苇子沟煤矿为例,前期采用比拟法、水平廊道法等传统方法预测矿井涌水量误差较大,基于灰色系统理论与时间序列分析,采用GM(1,1)灰色模型和时间序列ARIMA模型分别对首采区涌水量进行预测,通过平均相对误差确定权重进而建立ARIMA-GM组合模型,对比分析涌水量预测结果与实测矿井涌水量。研究结果表明:采用ARIMA-GM组合模型预测首采区涌水量时,涌水量预测值为28.45 m^(3)/h,历年实测值与模型预测值的平均相对误差仅为5.91%,模型拟合优度较好,预测精度较高。ARIMA-GM模型可以满足矿井涌水量短期预测的需要,并为苇子沟煤矿防治水工作提供参考依据。

GA-BP和PSO-BP预测模型在九龙矿煤层底板突水预测中的应用研究

目前,煤层开采环境复杂,随着开采深度、开采强度的增加,面临多变的突水因素和复杂的突水机理,且各因素间相互联系的不确定性,使底板突水预测的难度不断增加。对GA-BP与PSO-BP两种组合优化方法进行描述、对比。两种组合优化方法克服了神经网络容易收敛到局部最小值,以及收敛速度慢的缺点,对煤层底板突水都能实现较高精度,具有强大的泛化能力。通过对两种组合优化方法的预测模型做对比,发现GA-BP模型更优于PSO-BP模型,证明GA-BP组合优化方法更适合对底板突水危险性进行预测。

安定组地层渗透性变化下的覆岩白垩系含水层涌水规律研究

为了研究呼吉尔特矿区某深埋矿井煤层开采对地下含水层的影响,采用地下水三维数值模型对大采高深埋煤层开采过程中地下水流场的变化进行模拟研究。模拟结果显示,煤层开采对顶板白垩系含水层及侏罗系直罗组含水层流场均产生较大影响,工作面开采过程中安定组地层渗透系数发生改变,使其隔水性能产生变化,上覆白垩系含水层参与井下涌水程度随之改变,导致工作面涌水量呈阶梯状变化趋势。由于白垩系含水层富水性强于直罗组含水层,白垩系含水层依然是工作面的主要涌水来源,其贡献度达到70.4%。该结果可为呼吉尔特矿区深部大采高煤层的防治水重点提供依据。

基于GMS数值模拟的岩溶区矿坑涌水量预测研究--以湘西大脑坡铅锌矿区为例

矿坑涌水问题一直是制约矿产安全开采的重要因素,针对岩溶地区复杂水文地质条件下,准确预测岩溶矿床矿坑涌水量的难题,以大脑坡铅锌矿区为例,在分析矿区及其周边区域水文地质条件的基础上,充分结合岩溶发育特征,利用GMS数值模拟软件准确构建地下水三维非稳定流数值模型,模拟矿区首采区+360m开采水平以及深部+200m开采水平的矿坑涌水量。模拟分析结果表明:构建的数值模型能够较为真实地反映矿区地下水流场的实际情况,预测一年内首采区+360m开采水平下,正常稳定涌水量为2600m^(3)/d,暴雨条件下涌水量突增至9850m^(3)/d;深部+200m开采水平下,正常稳定涌水量为16414m^(3)/d,矿坑涌水形成的降落漏斗降深和范围较大,若采取大幅度疏干排水措施,易诱发岩溶塌陷灾害;暴雨条件下涌水量为19210m^(3)/d,但深部岩溶发育程度较低,低渗透性含水层削弱了暴雨效应,涌水量的增加幅度较低。

安徽省凤阳县江山-大王府金铅锌矿矿坑涌水量预测

本文以安徽省凤阳县江山-大王府金铅锌矿为例详细介绍了矿区概况、矿体特征、水文地质条件、并运用大井法、廊道法两种方法对矿坑涌水量进行预测计算,明确了方法的选择、适用条件等。通过两种方法预测计算对比,分析了误差原因。对以后实际工作中计算矿坑涌水量起到一定的参考作用。

基于生产因素相关性分析的矿井涌水量预测

基于典型工作面生产数据,开展矿井涌水量与生产因素相关性分析,最终确定采用与矿井涌水量具有显著相关性的开采面积、原煤产量、采掘长度等生产因素作为预测变量。利用逐月矿井涌水量与开采面积、原煤产量、采掘长度等数据进行多元相关计算,求得多元线性相关回归方程,计算矿井涌水量预测值。采用相对差值法评价了预测结果,并进行了预测准确性分析,得出经济型等级占比62.5%,经济型+安全型等级占比95.2%,71%的预测值均落在实测值左右各一个剩余标准差范围内。分析认为,相关(回归)分析法在综合考虑了开采面积、原煤产量、采掘长度等生产因素基础上求得的多元线性相关回归方程的预测精度较高,对煤矿具有较高的参考价值。

基于Aquifertest计算大海则矿井水文地质参数及涌水量

抽水试验是一种在水文地质勘查中最为常用的水文地质试验,以榆林市大海则井田相关资料为依据,通过抽水试验,利用Aquifertest软件中的纽曼模型和博尔顿模型分别对水文地质参数进行确定,最终得出了相应的导水系数值为0.200 m^(2) /min、给水度值0.024、贮水系数值0.000177、渗透系数值4.434 m/d,并采用水平廊道法计算矿坑涌水量为大海则煤矿的涌水量为5169.351 m^(3) /d。此方法误差较小结果可靠,为快速高效地进行水文地质参数计算和涌水量预测提供一种有效方法,同时为后续矿床开采及施工建设提供参考依据。

BP神经网络在煤矿井下涌水量预测中的应用

矿井涌水量受到多种因素的共同影响,具有非线性和高度复杂性的特点。根据黄陵一号煤矿井下涌水量影响因素及2014—2018年的涌水量数据,采用2种不同的输入神经元的方法创建神经网络预测模型,用已知数据对创建好的模型进行训练,得到拟合精度较好的模型,并用得到的神经网络模型对涌水量进行预测,最后与实际值进行比较。结果表明,2种神经网络模型的预测结果精度都较好,但预测精度有差异,用涌水量影响因素为输入神经元的模型在短期预测精度上低于涌水量组合作为输入神经元的模型;而在长期预测方面,涌水量影响因素为输入神经元的模型预测精度高于涌水量组合作为输入神经元的模型。

柠条塔煤矿采煤围岩渗透性变化规律及工作面涌水量预测

煤矿开采围岩渗透性变化对工作面涌水量预测精度具有重要作用。本文以柠条塔煤矿顶板砂岩为研究对象,采用FLAC3D软件流固耦合模块模拟分析了围岩的水平渗透系数和垂直渗透系数变化规律,以此为基础,采用地下水模拟系统预测分析了S12003工作面的涌水量。研究结果表明:当工作面推进距离为100 m、200 m、300 m和400 m时,水平渗透系数最大分别增大约10倍、500倍、10000倍和1000000倍,垂直渗透系数最大分别增大约5倍、50倍、100倍和10000倍。对于不同的部位,其水平渗透系数和垂直渗透系数变化规律不一致。随着工作面推进距离的增加,孔隙水压力降至0 MPa的范围及覆岩上部发生塑性破坏的范围均呈现逐步增大的趋势。以此为基础,预测的工作面涌水量呈现随工作面推进先逐步增加后有所减少趋势,最终工作面涌水量基本稳定在210 m3/h左右。此时,上覆直罗组承压含水层的静储量基本已经疏干,工作面的涌水主要为含水层的侧向补给。预测结果与实际情况相符合。研究成果可为类似条件下的工作面涌水量预测提供参考。

煤矿井下含水层超前疏放水钻孔涌水量衰减规律数值模拟分析

钻孔涌水量衰减规律可以为煤矿失水灾害提供一种有效治理手段,为了保证煤矿的安全生产,对煤矿井下含水层超前疏放水钻孔涌水量衰减规律进行数值模拟分析。以Q煤矿为研究对象,结合SEEP/W软件,模拟分析钻孔涌水量的变化规律,构建了涌水量衰减规律数值模拟模型,实现对钻孔涌水量衰减规律的预测。结果表明,增大初始水头和渗透系数后,钻孔的峰值涌水量和似稳定涌水量增大;增大弹性给水度,钻孔的峰值涌水量增大,而似稳定涌水量保持稳定;随着钻孔孔径、钻孔仰角与斜长的增大,钻孔的峰值涌水量和似稳定涌水量都逐渐增大;增大钻孔的数量和覆盖范围后,单个钻孔、钻区的涌水衰减明显,位于钻区中心的钻孔,其疏水能力受到群孔的干扰最大。

动、静结合法在矿井涌水量中的应用

正确预测矿井涌水量有助于合理布设排水系统,正确选择防治措施,防止淹井等灾害的发生。以榆神矿区杭来湾煤矿为研究对象,结合其302盘区首采工作面30201工作面充水特征、两带发育高度特征,分析了30201工作面开始回采至回采结束期间涌水量变化特征,并通过水化学分析和长观孔水位分析的方法对30201工作面涌水来源进行了识别,确定了工作面属于兼有静储量和动态补给量的涌水类型,以此引出“动、静结合法”进行302盘区涌水量预测,以已知30201工作面涌水量为依据,反求给水度,再以相邻工作面实际涌水量为参考,验证所取参数的合理性,以最终确定的水文地质参数对未来5年302盘区的涌水量进行预测,结果显示未来五年302盘区将提供1003.21m3/h的正常涌水量,1304.17m3/h的最大涌水量。研究可以为充水条件相似矿井涌水量预测提供参考。

中关铁矿地下矿山涌水情况研究

在地下矿山生产中,地下涌水量对于矿山安全至关重要,掌握涌水量的变化规律以及影响因素,在后期开采过程中起至关重要的作用。以中关铁矿涌水量为研究对象,通过现场地质调查以及区域水文地质数值模拟等研究方法,研究地表水位、水压以及矿山的地质结构对矿山涌水量的影响。结果表明:在没有降雨等外来补充下,地下水位以及井下涌水量的变化会保持在相对平稳的状态,并持续一段时间;所建立的帷幕改变了灰岩的富水性、透水性,较天然含水层很大程度上降低了地下矿山的涌水量,为保证安全生产提供了强有力的支持。

采用异步指纹图联合上界预测法对地下矿坑涌水进行溯源及预测

地下矿坑水来源复杂,难于准确溯源及预测,易造成安全事故。为了对矿坑涌水准确溯源和水量预测,根据矿坑涌水来源不同时与大气降水之间的关系差异,在指纹图法中考虑异步因素首创出异步指纹图法。利用异步指纹图法对大气降水与矿坑涌水之间的影响时间滞后特性进行对比分析,以对矿坑涌水进行准确溯源;又根据矿坑涌水的前期波动特征,提取出其上界数据,利用上界包络预测对矿坑涌水的最大涌水量进行了分析预测。经某铝土矿山实例分析,异步指纹图法确定矿山矿坑涌水来源于大气降水,大气降水5天后影响矿坑涌水;上界包络预测矿山矿坑最大涌水量为10218 m3/d。据此对矿山设计了针对性的截流排水措施后,突水事故数减少了68%,水害经济损失减少了91%。说明异步指纹图联合上界包络预测能够准确地溯源和预测矿坑涌水。

煤矿富水规律与水害防控技术研究

为进一步探究煤矿富水规律与水害防控技术措施,以内蒙古A煤矿为例展开研究,结合其涌水量高的实际情况,先通过单位涌水量评价法对矿井区域富水规律进行初步评价,再通过数值模拟分析方法对该矿井区域导水裂隙带发育特征进行分析,并对涌水量进行预测,确定该区域存在的水害问题。最后根据水害问题,采用基于疏放水的水害防控技术模式。从实际应用效果来看,涌水量和水压2项指标均已控制在较低水平,证明本次研究具有一定的实用价值。