再论含水层富水性评价的“富水性指数法”

针对现有含水层富水性评价方法中指标权重均为固定不变的常权,忽略了单个主控因素内部之间的变化和多个因素组合状态下的变化,在“富水性指数法”思想指导下,提出了一种基于分区变权理论的富水性指数法,不仅能确定不同评价指标的权重,而且能确定同一指标处于不同状态值时的不同权重。从影响含水层富水性的岩性差异、水力特性、构造因素、地球物理参数4个方面出发,建立了能够较为全面真实刻画富水性分布规律的四大类十六小类主控因素体系;提出了主控因素指标值标准化以及无量纲化处理方法,为多因素的信息融合分析奠定了基础;应用变权理论,运用动态聚类中的K-均值聚类方法划分了主控因素各指标的变权区间阈值,研究了状态变权向量的构建及调权参数的确定方法,定量确定各主控因素对含水层富水性的相互作用关系以及相对重要性大小;构建了基于变权理论的富水性指数评价方法和数学模型。同时以彬长矿区小庄煤矿巨厚洛河组砂岩裂隙含水层为例,详细说明了基于分区变权理论的富水性指数法的具体实施步骤,利用5组抽水试验数据对评价结果进行了校正;结果表明小庄煤矿洛河组充水含水层富水性强度从西北向东南呈递减趋势,较强~强富水区主要分布在二、三盘区,一盘区西部边界也有小范围分布;中等富水区呈条带状分布于矿区中部偏西和五盘区西北部,其余地区为较弱~弱富水区。最后,将其与传统常权评价结果对比,证明变权模型更能体现含水层非均质的特性,预测精度更高。

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。

基于“富水性指数法”的煤层顶板含水层涌水危险性评价

针对塔然高勒煤矿3煤顶板侏罗系中统~中下统含水层涌水危险性分区评价问题,利用层次分析法赋予含水层厚度、岩心采取率、脆塑性岩厚度比、渗透系数等含水层富水性影响因素权重值,并将各影响因素及其权重耦合,引入"富水性指数"建立侏罗系中统~中下统含水层涌水危险性评价模型,结合钻孔单位涌水量对富水性分区进行检验,并通过修正各影响因素权重,直至富水性分区评价结果符合实际水文地质条件。结果表明,矿井顶板涌水危险性由东南向西北逐渐降低,东南部顶板涌水危险性较高。

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。

宁夏红柳煤矿直罗组下段含水层富水性评价

宁夏红柳煤矿自2009年9月份开始回采以来,矿井首采工作面2#煤顶板多次发生较大规模涌水,造成了较大的经济损失。在综合分析井田水文地质条件基础上,研究影响含水层富水性的多个地学信息,确定了含水层厚度、单位涌水量、渗透系数、脆塑性岩厚度比、岩心采取率、冲洗液消耗量等6个主控因素;应用基于GIS的层次分析法(AHP),确定了各主控因素对富水性影响的权重,计算出了富水性指数,最后建立了富水性分区图,对矿井安全生产具有指导作用。

济三煤矿煤层顶板砂岩含水层富水性预测

针对济三煤矿七采区水文地质勘探程度不高,抽(放)水试验钻孔数量有限的实际情况,从岩性结构和构造发育特征出发,综合考虑砂岩厚度、砂–泥组合层数、岩心采取率以及砂岩含量等因素,构建岩性结构指数模型,同时,采用断层分维值来定量表述断层构造特征,通过信息复合建立多因素富水性指数综合评价模型,对煤层顶板含水层进行富水性分区,通过有限的实测单位涌水量数据对评价结果进行验证,取得了较好的应用效果。

组合赋权法在含水层富水性评价中的应用

侏罗系中统基岩裂隙含水层是神南矿区煤矿生产面临的主要充水含水层,以张家峁井田为例,选取了影响含水层富水性的砂岩等效厚度、砂泥岩厚度比、岩芯采取率和砂泥岩互层层数等4个指标,采用层次分析法和变异系数法求取各指标组合权重,改进了传统的富水性结构指数的数学模型,对张家峁井田煤层顶板侏罗系中统基岩裂隙含水层的富水性进行评价。研究表明:组合赋权法既可以避免主观赋权过程中人为因素干扰过重的缺点,又可以避免客观赋权过程中权重与实际不符的缺点;以富水性结构指数G′=0.06、0.13作为侏罗系中统基岩裂隙含水层富水性强弱的分区阈值,所取得的评价结果可以更客观、准确地评价煤层顶板富水性,为矿井防治水工作提供参考依据。

顶板风化基岩含水层富水性评价

在总结柠条塔煤矿南翼水文地质条件的基础上,优选影响2^-2煤层顶板风化基岩、直罗组砂岩含水层富水性的主控因素,采用层次分析法计算各主控因素的权重,运用GIS将影响含水层富水性的各主控因素依据权重复合叠加得出富水性分区综合图。研究表明:柠条塔煤矿南翼2^-2煤层顶板风化基岩裂隙含水层南部及西南部富水性较强;直罗组砂岩裂隙含水层的富水性整体上弱-中等,富水性较强区域主要位于研究区的西南部。

基于构造—层次分析法的含水层富水性评价

构造裂隙是含水层富水性的重要影响因素,也是矿井充水通道之一。渭北煤田某矿井5煤直接顶板为山西组砂岩含水层,是煤层采掘中的直接充水水源。对井田内已知构造进行了分形、量化,并结合含水层岩性特征、层位特征等多种主控因素,采用富水性指数法对煤层直接顶板含水层富水性进行了评价和分区,指导了矿井防治水工作的开展。

台格庙矿区基岩孔隙裂隙发育规律及富水性分区研究

为了减轻顶板砂岩水对矿井安全生产的威胁,以台格庙矿区各井田为例,结合专项水文地质勘查成果,采用层次结构分析法,深入分析了地质构造、裂隙特征、含水层厚度、岩心采取率、单位涌水量、渗透系数、冲洗液消耗量等,进行了煤层顶板砂岩孔隙裂隙发育特征研究和富水性分区预测。结果表明:煤层顶板砂岩孔隙裂隙发育不均匀,勘查区西北部、一井田南部为孔隙裂隙发育区,中部孔隙裂隙发育相对较弱;首采煤层顶板含水层勘查区中部的富水性强-较强,周边的富水性较弱-弱。提出了建设井下排水系统、超前疏排地下水、探放采空区积水、启封封闭不良钻孔、隐伏构造探查等的防治水措施。

Surfer在煤层顶板富水性预测方面的应用

为提前预测鹰骏三号井田2煤层顶板岩层富水性情况,为顶板探疏放水提供依据,本文以2煤层顶板导水裂隙带范围内岩层富水性指数数据为基础,通过Surfer软件绘制出富水性等值线图。图形显示2煤层顶板东北方向和西南角富水性较强,是采掘活动中探疏放水工作的重点。

义桥煤矿充水含水层富水规律与分区评价

为准确掌握义桥煤矿3号煤层充水含水层富水分布规律,本文采用层次分析法(AHP)构建关于含水层砂岩累计厚度、泥岩比例、断层构造发育密度、岩心采取率及钻孔冲洗液消耗量5个影响直接充水含水层富水性结果的评价指标体系,从而基于富水性指数实现对含水层富水性的分区评价,为煤矿回采预测涌水量和制订水害防治措施的提供依据。

基于“三图法”的纳林河二号矿井顶板突水危险性评价

我国西北地区侏罗系煤田普遍受到顶板水害的威胁,影响矿山安全生产。以纳林河二号矿井3^(-1上)103工作面为例,提供一种有效的顶板水害评估方法。通过建立水文地质剖面并应用“三图法”理论,分析了影响煤层顶板砂岩含水层富水性的主控因素,包括砂岩含水层厚度、渗透系数、脆塑性岩厚度比和岩心采取率。运用层次分析法(AHP)对主控因素的权重进行了科学定量,基于富水性指数评估了含水层富水性,并获得了顶板冒裂安全性及突水危险性。通过与音频电透视技术获取的低阻异常区对比,初步验证了所提方法的可靠性。研究结果为纳林河二号矿井3^(-1上)103工作面安全回采提供依据,对于指导类似地区的顶板水害预防和控制具有参考价值。

“多类型四双法”在煤矿顶板涌(突)水危险中的应用研究

煤层顶板水害一直影响煤矿安全开采。传统的“三图-双预测法”专业性强,评价过程复杂,适用范围有限,针对目前缺少一套适用于各种地质条件的顶板评价体系,运用“多类型四双法”(MTFD法)对煤层顶板涌(突)水危险性进行了预测评价,方法简单易懂,便于操作。将评价结果与传统的“三图—双预测法”对比,结果表明,“多类型四双法”的评价结果与实际验证结果吻合度更高。对于水文地质勘探程度较低,数据信息不全的矿井,“多类型四双法”更具优势。

洛河组含水层垂向差异性研究及保水采煤意义

为查明彬长矿区白垩系洛河组地层的水文地质条件,从保水采煤角度提出了洛河组精细化勘探概念,给出了可用于承压含水层垂向富水性评价的综合富水性指数法,依据垂向富水性变化规律对洛河组进行分层,并研究洛河组垂向水文地质条件与特征、自然状态和采煤扰动时洛河组垂向各含水层段之间的水力联系、以及洛河组下段存在的保水采煤意义等。给出了富水性指数计算方法:对地层岩性、厚度、孔隙度3个指标分别赋值、分别赋权重为0.3,0.4,0.3,之后将赋值与权重累积得到单个含水层段的富水性指数(f_i),利用F_i=0.5f_i+0.15f_(i-1)+0.1f_(i-2)+0.15f_(i+1)+0.1f_(i+2)计算各地层的综合富水性指数。给出了洛河组含水层垂向富水性分级标准:F<0.003 289为隔水层,0.003 289≤F<0.012 339为弱富水,0.012 339≤F<0.015 504为中等富水,F≥0.015 504为强富水。依据综合富水性指数将高家堡井田T1,T2钻孔洛河组垂向上划分为上、中、下3段。研究结果表明:(1)采用综合富水性指数法可以对承压含水层垂向富水性进行精细化评价,可操作性强;(2)局部地区洛河组内部发育有泥岩地层,但尚未构成区域上的隔水层;(3)洛河组下段地层既可以减缓和阻止煤层顶板导水裂隙带继续向上发育防止对具有供水意义的中上段地层结构的破坏,又可以阻隔中上段含水层水进入矿井,对保水采煤有利;(4)高家堡矿井首采面回采期间洛河组中上段地下水位下降26.71～43.06 m。通过含水层水量、水位、水质等指标分析,采用控制煤层采高等技术实现了对洛河组含水层结构保护条件下的深埋煤层开采。

基于多类型四双法的煤层顶板突水预测评价研究

富水性和导通性是评价预测顶板突水的2个关键判据。基于GIS的多源信息复合叠加方法评价富水性,存在数据来源不足、评价过程烦琐、评价手段过于专业等问题;采用冒裂安全性分区图来评判含水层的导通性,存在两极值区间过大、精度较低问题;采用疏干开采技术时,采前疏干程度评价缺少量化判据。实践中,顶板突水条件千差万别,目前缺少一套适用于各种地质条件的技术评价体系预测顶板突水,为此提出了“多类型四双法”评价预测技术,简称MTFD法。首先,依据煤层与上部岩层(含水层)空间组合关系以及岩层自身富水性强弱,将顶板分为A、B、C、D四种评价类型,确定了每种类型的评价对象和评价准则,并形成了完整的技术评价路线。再次,基于钻孔柱状图信息建立了双表,即基础数据表和工作表,获取评价和预测工作的数据源;其次,引入了双指数概念,即富水性指数和突水危险性指数评价参量,通过双指数绘制双图,即富水性等值线图和突水危险性等值线图,富水性指数用来表征地层的富水性,将砂岩厚度和脆塑性比值2种最重要地学信息指数,可省去繁琐的多源信息归一化处理过程;突水危险性指数用来衡量间接充水含水层水导入采场可能性大小,由于两极值区间范围小,有利于提高评价的精准度和灵敏度,同时能够克服经验公式的不足。最后,提出了双水量预测方法,即疏干水量预测或涌水量预测,以富水性指数为主控因素预计的疏干水量,可以作为采前安全开采评价的量化判据;以富水性指数为主控因素预计工作面涌水量,可以作为涌水量传统预计方法的有益补充。应用结果表明:MTFD工作法在内蒙古上海庙矿区、宁夏鸳鸯湖矿区、山东济宁矿区均已得到广泛应用,指导了约60个采煤工作面的疏放水钻孔设计和施工。富水性指数法预测富水性指数与实测钻孔放水量呈正相关关系,预计水量的偏差率约4%;利用“双图”科学揭示了多起典型的突水溃沙事故的机理。

顶板突(涌)水危险性“双图”评价技术与应用——以鄂尔多斯盆地西缘新上海一号煤矿为例

为解决煤层顶板突水预测预报评价难题,在提出了富水性指数和突水危险性指数的基础上,以鄂尔多斯盆地西缘新上海一号煤矿为研究对象,应用富水性指数和突水危险性指数的双图,对三个采煤工作面顶板突水危险性进行评价,结果表明,采煤活动位于富水区又位于突水危险区是顶板突(涌)水的充要条件。

水文地质复杂矿井突水水源综合判别方法研究

为避免在复杂水文地质条件下使用单一判别方法判定突水水源的误判,提出多方法多途径综合研判突水水源方法,以王楼煤矿13301工作面突水为例,因突水过程中上覆侏罗系(J_3)砂岩含水层水位异常性同步下降,据此认为J_3砂岩含水层为突水水源,按照分析→验证→再分析→再验证的技术路线,采用水化学联通试验、注浆试验、水质分析、TVL雷达探测、富水性评价等多种方法和手段综合研究,最终查明J_3砂岩含水层与工作面之间没有水力联系。综合研判方法结果表明:由于管涌通道和压力自然平衡作用导致J3砂岩水位异常下降;煤层顶板砂岩(3砂)含水层才是唯一的突水水源,只能疏排不可封堵,采用多手段多途径综合研判方法能够避免误判问题。

内蒙古鄂托克前旗新上海一号煤矿111084工作面突水原因与机理

针对111084工作面发生的携沙突水事故,根据矿区砂泥质沉积建造特点以及煤层与含水层之间角度不整合关系,提出富水性指数和突水危险性指数概念,利用两个指数分别绘制富水性等值线图和突水危险性等值线图,结果表明:位于富水区同时又位于突水危险区是顶板突水的充要条件;在"离层蓄水"和"泥沙自封堵"双重作用下突水呈间歇式进行。研究成果为后续资源开采制定相应措施,避免类似事故的发生提供了依据。

木瓜煤矿工作面顶板含水层突水危险性评价

为有效分析10-201工作面顶板含水层的突水危险性,采用多元地学信息系统进行含水层富水性影响因素的分析,得出各影响因素下含水层专题图,采用富水性指数法进行含水层突水危险性评价,根据评价结果分别给出太原组砂岩、灰岩和二叠系砂岩含水层突水危险性的分区图,为矿井的防治水工作提供参考。