煤层顶板含水岩性层划分与富水性评价方法

为指导疏放水钻窝及钻孔布置,确定煤层顶板垂层与顺层面上的富水层位与区域,开展顶板含水岩性层划分与富水性评价。以东欢坨矿-950水平8煤顶板为研究对象,基于钻孔资料数据,建立了含水岩性层划分依据、富水性评价指标与方法。结果认为以钻孔信息中的岩性、地层结构完整性及泥浆漏失量作为含水岩性层划分的依据,以分层厚度、中粗粒砂岩与裂隙岩厚度及受顶底板隔水层限制的情况作为富水性评价指标,进行含水岩性层富水区评价与分区,能够为疏放水钻窝及钻孔指明合理的布设位置与终孔层位,经受实践应用检验。

基于EW-FAHP-GIS耦合的煤层顶板富水性评价

以薛虎沟煤矿10号煤层为研究对象,在分析煤层顶板富水性影响因素的基础上,运用熵权(EW)与模糊层次分析(FAHP)综合赋权法建立了顶板含水层富水性的脆弱性指数模型,基于地理信息系统(GIS)对煤层顶板含水层富水性进行评价。研究表明,10号煤层顶板含水层富水性的主控因素为含水层厚度、岩层脆塑性比、钻孔取芯率、钻孔漏失量和岩石质量指标,并建立了相应的脆弱性指数模型,据此进行K2含水层富水性评价,划分了富水性分区,为煤矿制定和实施合理的防治水规划提供科学依据。

某矿区水文地质条件及含水层富水性评价

水文地质条件是影响矿区开采和环境保护的重要因素之一。含水层富水性是指含水层的储水能力和供水能力,是评价地下水资源量和开发利用潜力的重要指标。为合理利用和管理矿区水资源,本文根据某地矿井的水文地质勘测情况,设计分层抽水试验方案,对矿区的含水层渗透性和导水性进行分析,评价其含水层富水性。研究结果表明:不同层段土壤或岩石的渗透能力不同,导致渗透系数较大的层段通常具有较高的水分渗透能力,水能够较快地渗透并储存于其中。而渗透系数较小的层段,土壤或岩石的渗透能力较弱,水分在其中的渗透速度较慢。河道组是由不同地层组成的,这些地层的渗透系数和导水系数可以反映不同地层的含水能力和富水性。导水系数越高,地层的含水性和富水性越强,水资源越丰富。

基于组合赋权法的洛河组含水层富水性评价

核桃峪井田生产能力大、煤层分布稳定,煤层顶板的厚层洛河组砂岩含水层是主要充水含水层。随着开采程度加深,导水裂隙带导通上覆含水层富水区域,发生煤层顶板水害,威胁矿井安全生产。因此,煤层顶板含水层的富水性评价是顶板水害防治的基础,查清顶板含水层富水性分布规律对煤矿的安全开采尤为重要。以核桃峪井田首采区煤层顶板洛河组含水层富水性为研究目标,基于研究区的钻孔数据等井田资料,确定了含水层厚度、岩心采取率、脆塑性岩厚度比、冲洗液消耗量、渗透系数和单位涌水量等6个影响含水层富水性的主控因素。运用基于层次分析法(AHP)和CRITIC法分别计算指标的主观权重和客观权重,运用组合赋权法求取指标综合权重,各指标综合权重分别为0.1707、0.2078、0.0976、0.1171、0.1465、0.2603;运用基于FDAHP-独立权系数法确定含水层厚度、岩芯采取率、脆塑性岩厚度比、冲洗液消耗量等4个主控因素的权重分别是0.1675、0.3120、0.2575、0.2630。引入富水性指数研究,分别提出研究区不同方法下的含水层富水性指数模型,并对煤层顶板洛河组含水层进行富水性分区与评价。结果表明:基于AHP-CRITIC法和指标较少时的FDAHP-独立权系数法的含水层富水性区域分布不均,整体变化趋势一致,具有西强东弱的特征。对于中西部地区存在大面积较强富水区,西部的强富水区以及局部强富水点位开采时需要重点防治,提前做好探放水工作。

基于改进AHP-熵权法耦合的淋涌水巷道顶板富水性评价与应用

为了实现碱性淋涌水巷道条件下的富水性评价,选取了顶板松动圈范围、顶板裂隙发育程度、温度、湿度、pH值、淋水时间6个指标作为评价顶板富水性的主要指标。综合AHP和熵权法的特点,提出了将改进AHP和熵权法通过最小二乘法耦合的富水性指标权重计算方法。并利用赵楼煤矿5305运输巷道50组现场地质数据,进行了基于改进AHP法和熵权法耦合的淋涌水巷道顶板富水性评价,根据评价结果对赵楼煤矿5305运输巷道强富水性区进行了支护设计,该支护方案能有效控制围岩松动圈发育以及顶板淋水状况,对全矿井和相似地质条件的东部煤矿具有借鉴意义。

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。

基于改进博弈论的砂岩含水层富水性评价

含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。以清水营煤矿为例,选取砂岩等效厚度、砂岩岩性系数、脆塑岩性比、岩芯采取率4个主控因素,应用模糊层次分析法与坎蒂雷赋权法,结合改进的博弈论确定组合权重,构建了顶板充水含水层富水性预测模型,对直接充水含水层富水性做出分级分区预测。富水性评价结果将研究区划分为弱富水区、中等富水区、强富水区,并与钻孔涌水量资料进行对比验证,富水性分区结果合理。本文采用博弈论方法将模糊层次分析与坎蒂雷法所求得的主客观权重相结合,获取更为准确的评价结果,对研究区煤层上覆含水层富水性进行评价,为矿井超前探放水提供参考依据。

灰色理论在裂隙含水层富水性评价中的应用

为对裂隙含水层的富水性进行科学合理的评价,以马营堡井田为例,以断层分形维数表征含水层裂隙的发育程度为评价含水层富水性的一项主控因素;在分析确定其它富水性主控因素的基础上,采用加权灰色关联度评价方法,以指标关联度作为因素权重,以方案关联系数作为判断矩阵,加权灰色关联度即可表征含水层富水性强度,建立了富水性强度与地理坐标的对应关系并运用GIS生成富水性分区图.单位涌水量并未作为富水性的一项主控因素,而是作为含水层富水性的实测指标对该法的评价结果进行验证,结果表明:将断层分形研究方法与灰色关联度方法相结合运用于裂隙含水层的富水性评价具有较高的准确性和客观性,可为其它地区特别是水文地质资料较为缺乏地区的富水性评价提供理论参考.

基于AHP法与SNMR信息融合的含水层富水性评价方法

含水层富水性分区是开展水资源评价的前提。以内蒙古阿拉善左旗吉兰泰盆地为研究区,通过分析含水层富水性的影响因素,利用GIS软件强大的信息融合功能将水文地质参数与地面核磁共振(SNMR)成果相结合。引入层次分析法(AHP)建立评价体系,结合专家经验和权重公式得到各个因子的权重值,建立富水性评价数学模型。计算评价了该区的富水性分布规律。结果表明该方法对研究区富水性评价合理有效,是解决富水性分区这类复杂多源地学问题的一种有效途径,为合理开发利用地下水资源提供方法借鉴。

基于改进富水性指数法的灰岩含水层富水性评价

为解决传统富水性指数法中不能有效反映各指标内部的差异性及断层周边的富水性,引入具有自相似特征的断层分维和分区变权模型对煤层底板灰岩含水层富水性进行新的评价。以单侯矿井为例,在分析矿井地质及水文地质条件的基础上,构建含有断层分维值这一主控因素在内的评价指标体系,采用分段强激励-惩罚型变权模型对其进行评价,并与传统的富水性评价结果进行比较。结果表明:改进的富水性指数法能够更全面、准确的反映出断层构造对矿井底板含水层富水性的控制作用,并且使得评价结果更具有离散性,更容易划分评价等级,以及更加合理地反映每个评价单元的真实情况,从而提高了矿井底板含水层富水性评价的精度和实用价值。

基于主成分分析法的奥灰富水性评价

针对因钻孔单位涌水量数据严重不足而无法评判整个井田奥灰含水层富水性的实际情况,选取了新汶煤田良庄井田井下奥灰水文孔钻孔涌水量、影响煤层安全开采的奥灰上部马家沟组上段含水层厚度、井田内断层分维值、井田内褶皱分维值和奥灰上部峰峰组含水层深度5个影响因素,作为评价奥灰富水性的指标,采用主成分分析法从这5个因素中提取出主控影响因素并获得对应的权重,建立了富水性指数的数学模型。通过确定分区阈值,绘制了以富水性指数为依据的良庄井田奥灰富水性分区图,为煤矿的安全开采提供基础资料。

基于ArcGIS的洛河组含水层富水性评价

含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。选取彬长文家坡煤矿41盘区4号煤层顶板白垩系洛河组含水层的厚度、孔隙度、含水率、上段视电阻率、下段视电阻率和冲洗液消耗量6个主控因素,利用层次分析法(AHP)确定各主控因素的权重。在ArcGIS数值可视化软件上对各影响因素的矢量图进行归一化处理和叠加分析,构建了基于多因素融合的含水层富水性评价模型,并对41盘区富水性进行了分区评价。利用钻孔单位涌水量和4101工作面涌水量变化数据对洛河组富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的分区评价结果与实际符合,为彬长矿区洛河组含水层富水性评价提供了重要依据。

基于未确知测度理论的含水层富水性评价方法

含水层富水性分区是合理开发地下水资源的重要前提。为了解决传统富水性评价中过分依赖水文地质钻探资料以及影响因素的不确定性问题,以内蒙古荒漠草原典型煤矿为研究区,通过分析含水层富水性影响因素,结合大地电磁测深成果(MT)建立指标体系与分级标准。基于未确知测度理论的优势,利用模糊层次分析法与熵权法(FAHP-EW)组合确定指标权重,建立含水层富水性综合评价模型,并对研究区含水层富水性分区进行评价,借助地理信息系统(GIS)的空间信息融合功能将评价结果可视化。最后采用地面核磁共振(SNMR)技术验证评价结果的准确性。结果表明该方法对研究区富水性分区评价较为合理,证明该评价方法具有一定的有效性和实用性,可为荒漠草原含水层富水性评价提供方法借鉴。

基于富水性结构指数法的直罗组地层富水性评价

为评价陕北侏罗纪煤田顶板直罗组砂岩含水层富水性,综合分析了砂岩裂隙含水层富水性的影响因素,通过筛选并确定了含水层等效厚度、砂泥比、岩心采取率、砂泥岩交互层数等4个独立评价指标,构建了基于富水性结构指数法的含水层富水性评价方法。以金鸡滩井田为例,采用富水性结构指数方法评价了直罗组砂岩裂隙含水层的富水性。研究表明,以孔隙度、渗透性及粒度构造的富水性结构指数消除了各个影响因素之间的关联性,能够反映砂岩含水层富水性;利用砂岩等效厚度,将不同粒度砂岩统一转化为粗砂岩作为评价砂岩含水层富水性的指标;结合抽水试验获得的水文地质参数与富水性分区图进行对比,以G值为0.15作为直罗组含水层富水弱区与富水较强区的分界值,富水性弱区主要分布在西南部和东北部,验证了富水性结构指数法为陕北侏罗纪煤田覆岩富水性评价提供了一种有效预测途径。

基于AHP-熵权法耦合的含水层富水性评价研究

为了对影响徐庄煤矿7煤层开采的分界砂岩含水层富水性进行评价,选取了分界砂岩含水层厚度、砂岩粒度特征、岩芯采取率和断裂分维值作为影响分界砂岩含水层富水性的主控因素;选用层次分析法(AHP)确定了各项主控因素的主观权重,利用熵权法确定了各项主控因素的客观权重,通过AHP-熵权法耦合得到了各项主控因素的综合权重;应用ArcGIS软件建立了基于AHP-熵权法耦合的分界砂岩含水层富水性评价模型,将研究区分界砂岩含水层划分为强富水区、较强富水区、中等富水区、较弱富水区和弱富水区5个级别,研究区东部以强富水区、较强富水区和中等富水区为主,西部以较弱富水区和弱富水区为主,并采用钻孔漏失量数据、已知涌(突)水点的分布,对分界砂岩含水层富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的评价结果与实际相符合,为预测含水层富水性、防治顶板水害提供了有益参考。

基于有效度的模糊综合评判法在含水层富水性评价中的应用

为了对目标含水层进行富水性评价、解决以往评价方法不能进行合理分区的问题,在充分利用矿井地质、水文地质资料的基础上,建立了以单位涌水量、渗透系数、含水层厚度、岩芯采取率、脆塑性岩厚度比等5个指标为主控因素的含水层富水性评价指标体系,应用基于最大隶属度原则的模糊综合评判法,对含水层进行富水性评价分区。引入有效度理论,检验最大隶属度原则评价结果的有效性,对不可信区域采用加权平均原则进行重新评价,最终确定全区富水性评价结果。结果表明,基于有效度的模糊综合评判法对含水层进行富水性评价是可行的,为含水层富水性评价提供了一种新的方法。

基于改进灰色可拓关联法的煤层顶板砂岩富水性评价

针对煤层顶板砂岩局部富水性强并影响矿井作业环境与生产安全的问题,在修正分辨系数ρ的基础上,改进了传统的灰色可拓关联法,选取含水层厚度、脆塑性厚度比、岩芯采取率和断层分维数4个指标作为评价因子,对孙疃矿区10煤层顶板富水性进行了分区评价。结果表明:采用方差法对关联度中分辨系数ρ进行改进,能够有效避免分辨系数ρ取值不同造成的干扰;基于可拓物元模型与改进的灰色关联度分析法,将研究区顶板砂岩富水性划分为弱、较弱、中等与强4个等级,其中弱、较弱富水性区比中等、强富水性区分布广且面积大,整体上南部比北部弱。分区结果与物探、抽水试验成果一致,说明采用本方法所建立的计算模型具有一定的实用性。

基于岩性及结构特征的砂岩含水层富水性评价

煤层顶底板砂岩水害是常见的矿井水害类型之一,其影响程度与含水层富水性密切相关。以营盘壕煤矿22采区2煤层为例,分析了顶板砂岩含水层的富水性影响因素,选取了以砂岩等效厚度、砂岩岩性系数、岩芯采取率及砂泥岩层比率等4项指标作为含水层富水性的评价指标,采用熵权系数法、主成分分析法和层次分析法确定各指标的权重,构建富水性预测模型,基于该模型对砂岩含水层的富水性进行评价。结果表明,研究区顶板砂岩含水层富水性具有强、中、弱3个等级的分区,其中直罗组砂岩含水层以弱-中等富水区为主,强富水区零星分布,志丹群砂岩含水层则以中等-强富水区为主,弱富水区零星分布。富水性评价结果与钻孔抽(放)水试验的单位涌水量具有较好的一致性。

基于分形理论的富水性指数法在含水层富水性评价中的应用

为了提高富水性指数法在复杂构造、低勘探程度矿区含水层富水性评价的可靠性,提出了基于分形理论的富水性指数法评价含水层富水性,给出了评价流程。首先确定影响含水层富水性的主控因素,其中构造因素可以用分形维数代替,利用层次分析法确定各主控因素的权重,借助Arcgis软件,对各主控因素进行叠加获得含水层富水性分区图,并利用实测单位涌水量进行校正。选取准格尔煤田不连沟煤矿为研究对象,开展了砂岩含水层富水性评价应用,研究结果表明:相比传统含水层富水性评价方法,该方法使构造描述要素数量减少2~3项,同时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。

BP人工神经网络在富水性评价中的应用

为了对研究区含水层进行富水性评价,并减轻评价结果对水文孔的依赖程度,通过对地质及水文地质资料的分析,确定出四个富水性主控因素,分别为含水层厚度、岩芯采取率、脆性岩厚度比和风化影响指数。引入具有自主学习、非线性映射能力的BP人工神经网络,将25组经量化、归一化处理的主控因素数据作为网络学习样本、以实测单位涌水量为预测目标,通过反复训练学习,实现了对主控因素到单位涌水量映射关系的精确模拟。最后,使用训练好的神经网络对研究区富水性进行了预测,并引入灵敏度分析方法分析了预测结果对主控因素的敏感性。