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。

基于SSA-CG-Attention模型的多因素采煤工作面涌水量预测

矿井工作面涌水量预测对确保矿山安全、优化资源配置、提高工作效率等都具有重要作用。为提高预测结果的准确性和稳定性,基于钻孔水位和微震能量数据与涌水量的强关联性,选择其作为多因素特征变量,提出SSA-CG-Attention多因素矿井工作面涌水量预测模型。该模型在门控循环单元(GatedRecurrentUnit,GRU)提取时序特征的基础上,与卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNet-work,CNN)融合形成新的网络结构提取数据的有效非线性局部特征,并且加入注意力机制(Atten-tion),在预测过程中将注意力集中在输入元素上,提高模型的准确性。最后通过麻雀搜索算法(Spar-row Search Algorithm,SSA)优化模型参数,避免局部最优解的问题。将提出的模型分别与传统的BP神经网络、LSTM、GRU单因素涌水量预测模型以及MLP、SLP、SVR、LSTM、GRU、SSA-LSTM、SSA-GRU多因素涌水量预测模型的预测结果进行对比分析,结果表明:SSA算法以最少迭代次数快速寻优,避免了局部最优解的缺陷;SSA-CG-Attention多因素涌水量预测模型整体预测指标绝对误差(E_(MA))、均方根误差(E_(RMS))以及平均绝对百分比误差(E_(MAP))分别为5.24 m^(3)/h、7.25 m^(3)/h、6%,指标方差和为8.90。相较于其他预测模型预测精度更高,相较于单因素涌水量预测模型,多因素涌水量预测模型预测结果更加稳定。研究结果为矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法,对矿井工作面涌水量预测及防控有着借鉴与指导作用,具有一定的理论价值和现实意义。

基于CEEMDAN和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测研究

为提高采煤工作面涌水量预测准确度,收集大量工作面涌水量观测数据进行整理、统计、分析,将涌水量稳定性、周期性和季节性特征考虑在内,提出1种基于数据驱动的完全自适应模态分解算法(CEEMDAN)和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测方法。该方法利用CEEMDAN处理涌水量数据,构建麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)和自回归移动平均模型(ARIMA)并行级联而成的混合时间序列模型对工作面涌水量进行预测。研究结果表明:该模型预测结果与真实数据相差更小,平均绝对误差为6.36 m 3/h,均方根误差为10.6 m 3/h,模型拟合系数为0.95,更适用于工作面涌水量预测。研究结果可为矿井工作面涌水量预测及防控提供参考。

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。

某桥梁锚碇区地表水-地下水交互作用下涌水量预测

工程建设中地下水与地表水的交互作用对建设区域水位变化、水流情况、水质问题等水文地质条件与工程设施的建设及运行具有重要影响。本文以某桥梁锚碇区基础工程为研究对象,综合分析区域工程地质条件,基于水位监测结果揭示地表水与地下水交互作用,综合抽水试验确定的渗透系数,对基坑不同季节涌水量进行预测。结果显示:基坑平均总涌水量Q在高枯水位达到248643.03 m^(3)/d,常态枯水水位在232355.12 m^(3)/d,低位枯水为221667.78 m^(3)/d。雨季低位洪水基坑总涌水量为277195.44 m^(3)/d,常态洪水为287451.68 m^(3)/d,高位洪水位为368451.04 m^(3)/d;在地表水与地下水交互作用下,该锚碇基坑涌水量极大,实施单纯的降水方案不但风险大且无法保证长时间维持,难以保障锚碇基础安全施工,需根据实际工程情况设计合理施工方案。本研究对类似工程涌水量预测具有一定参考意义。

隧道涌水量预测方法比较及算法选择优化

隧道涌水是隧道建设及后期运营中最为常见的地质灾害,准确预测涌水量大小将为隧道设计及施工提供关键参数,因此隧道涌水量预测尤为重要。通过采用地下水动力学方法中的解析法(包括裘布依公式、古德曼公式等),结合数值模拟方法,以隧道导水断层为研究重点,对地处莲花山断裂带鸿图特长隧道典型段落(K91+634~K93+512)的最大涌水量和正常涌水量进行了预测。同时,利用已开挖段实测涌水量数值,将多种方法进行对比,分析研究各计算方法的适配性,并优化计算算法。研究表明,裘布依承压含水层公式预测与实际涌水量最为接近,鸿图特长隧道典型段落(K91+634~K93+512)的预测最大涌水量为119000 m 3/d,是极限情况下的涌水量预测,为设计施工开挖提供了可靠地水文地质参数。

基于GMS数值模拟的某矿床涌水量预测研究

某矿床在开采过程中遇到一定程度的涌水。为解决涌水问题,并为防治水方案提供依据,以该矿床为研究对象,通过分析矿床水文地质条件、含水层类型及特征、地下水补给径流和排泄条件、地质构造特征、水文地质试验资料和矿床开采设计资料等,对矿床水文地质条件进行了概化,对研究区水文地质单元进行了划定,采用GMS软件建立了地下水流数值模型,预测得到了-200 m以下中段的矿坑涌水量。

岩溶隧道对地下水环境影响分析及涌水量预测研究

在隧道的建设过程中,尤其是在岩溶地区,很多隧道均遭遇了地下水灾害,研究岩溶地下水系统在隧道工程干扰下的行为是十分必要的。以重庆主城区拟建的鹿角隧道为例,分析其隧址区内水文地质条件,并建立隧址区地下水渗流模型;在此基础上,模拟隧道工程对地下水环境的影响;并采用地下水径流模数法、数值模拟法对隧道进行最大涌水量预测。结果表明:隧道施工期,地下水影响范围随时间增加而变大,开挖两年后达到最大,地下水位在隧道运营十年后趋于稳定,但难以恢复到天然状态;隧道高程越低,隧道水力传导系数越大,对地下水环境影响越大。研究结果明确了突水风险段,对隧道施工安全及设计决策提供理论及技术支撑,为运营期环境治理提供可靠判据。

矿井初采工作面水文地质条件分析及涌水量预测

为提高煤炭开采安全系数,降低井下涌水影响,结合已有地质条件及探测钻孔资料,对山西某煤矿3901综采工作面水文地质条件进行分析,并通过理论计算分析9号煤层开采后导水裂隙发育高度,与顶板含水层连通强开,预测回采期间正常涌水量及最大涌水量。将预测结果与采面回采期间实际涌水量进行比对分析发现,实际涌水量与预测最大涌水量较接近,以预测最大涌水量为依据配备排水设备、构建排水系统较为合理。

基于GMS的矿井涌水量预测

矿井涌水是矿山安全开采中难以解决又必须面对的问题。GMS(groundwater modeling system)具有强大的前、后处理功能,实现了地质模型、水文地质参数等的可视化,提供的自检功能为调试模型提供了极大方便。以宁夏某矿为例,应用GMS对其水文地质条件进行概化,建立水文地质结构模型和水文地质概化模型,通过MODFLOW模块对其涌水量进行预测。结果表明:三维地质模型具有很好地可视性,研究区地层能够更加直观的得以展示,模拟所得水位与实测水位拟合效果在置信区间内,模拟区首采面的涌水量的预测值为1450 m~3/h。为矿山开采、工程建设中涌水量预测的研究提供了更为直观、更为便捷的方法。

黄陵一号煤矿814工作面充水性因素与涌水量预测

为实现煤矿综采工作面安全高效开采,通过对黄陵矿业一号煤矿814工作面充水水源、充水通道、充水强度展开分析,得出814工作面充水因素,并通过“动、静态水结合法”对814工作面涌水量进行预测。结果表明,直罗组下段裂隙水为工作面直接充水水源,对工作面回采充水影响较大,回采前有必要对工作面上覆延安组中部砂岩含水层和直罗组下段砂岩裂隙含水层进行疏放,消除上覆直接充水水源对814工作面的水害隐患;工作面回采期间,正常涌水量为60.4 m^(3)/h,最大涌水量为84.7 m^(3)/h。

花岗岩蚀变带隧道涌水量预测研究

红豆山隧道主要穿越云母花岗岩、变质花岗糜棱岩等非可溶岩地层,施工期间其2号斜井平导发生了大规模突涌水。为合理预测隧道涌水量,对红豆山隧道穿越花岗岩蚀变带地区的工程特点及涌水的成因机理进行了分析,并建立了相关的涌水评价等级层次结构模型。结合研究区水文地质条件及现场监测情况,对红豆山隧道涌水量危险性进行了等级划分,利用模糊数学预测了红豆山隧道2号斜井的涌水量。结果表明:(1)影响红豆山隧道涌水的相关因素主要分为工程地质、水文地质及隧道工况3个方面,共9个因素;(2)提出的模糊数学模型预测的平均涌水量与实际工程涌水量的误差为2.61%,满足工程实际施工的准确性精度,能够为类似工程的涌水量预测提供参考。

矿井涌水量预测及防治水建议

含水层、老窖水以及采空区积水等水源极易发生透水事故,为煤矿安全生产带来巨大隐患。以某煤矿14152综放工作面为例,观测冒落带与导水裂隙带发育高度,利用富水系数比拟法准确预测矿井涌水量,并针对该煤矿实际情况合理提出防治水措施,对安全生产,提高经济效益具有重要意义。

基于涌水影响半径的隧道涌水量预测方法研究

受断裂构造和降水等因素的共同影响,火成岩地区形成了一定规模的富水断层破碎段。当隧道穿越这类岩层时,极易发生涌水灾害而造成人员伤亡和设备损失。针对上述涌水问题,根据火成岩区富水断层破碎段的特点,将隧道涌水量分为基岩裂隙水释放量和降水入渗量两个主要组成部分,通过地下水疏干法预测基岩裂隙水释放量,同时利用降水入渗法预测降水入渗量。在此基础上,为提高涌水预测精度,引入了实测涌水量数据拟合的动态涌水影响半径参与计算,并推导出基于涌水影响半径的涌水量预测方法,最后以鸿图隧道后续开挖段为例对该方法进行验证。研究结果表明:①在一个降雨周期内,含水层平均厚度H n越大,对应的影响半径R n具有更高的增长速率;②随着涌水时间T增加,影响半径R n的增长率逐渐降低;③所提方法的隧道涌水量计算结果与实际监测数据的误差在10%以内,可靠性较高。研究成果可为类似地质条件下的地下工程建设提供理论指导。

基于VMD-DBN的矿井涌水量预测方法

在煤矿采掘过程中,因矿井涌(突)水造成的人员和财产损失极为严重。为预防涌(突)水灾害事故的发生,掌握涌水量的发展变化规律,开展涌水预测预报尤其是矿井涌水量的精准预计尤为重要,是矿井水害防治中一项重要的工作任务。为提高矿井涌水量的预测准确性,针对随时间无明显变化规律的涌水量序列,提出了变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)相结合的高效时间序列预测模型。首先通过VMD模态分解技术对原始数据进行去噪,将原始矿井涌水量时间序列分解为若干个本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,使各个IMF分量都具有原始时间序列在不同时间尺度下的统计学特征量,降低了原始时间序列的强震荡性和非稳定性。其次针对每个IMF分量,分别建立各自的DBN模型进行训练学习,进而建立起相应的预测网络模型。最后融合各分量预测值得到最终结果。结果显示,VMD-DBN的E_(MA)、E_(MAP)、E_(RMS)和R^(2)分别为9.23、0.76%、11.55和0.97,通过与GA-BP、LSTM、VMD-LSTM、RBM、VMD-RBM和DBN模型的预测值进行对比发现,VMD-DBN模型进行矿井涌水量预测具有更高的预测精度。VMD-DBN模型对于涌水量随时间无明显变化规律、且具有较强震荡性和非平稳的工况具有相对明显的优势,丰富了矿井涌水量预测方法,为智慧矿山的安全监测提供一种新型的技术手段,具有一定的理论价值和现实意义。

陡倾裂隙发育岩层深大竖井突涌水量预测及防控

为实现对裂隙发育岩层深大竖井突涌水情况的有效防控,统计高黎贡山隧道1号竖井富水花岗岩地层节理裂隙的发育特征,基于现场突涌水情况,采用数值模拟对不同裂隙发育情况下竖井开挖突涌水量预测分析,并探讨注浆堵水的合理参数,提出1种基于节理裂隙岩层竖井数值模型的竖井突涌水量预测分析方法。研究结果表明:竖井涌水量预测分析结果较符合现场情况;在节理裂隙交汇处水压较高,涌水速度激增,且随着节理裂隙密度的增加,涌水量逐步增大,裂隙密度为2条/m时最大涌水量已达337.0 m^(3)/h,已远超现场最大抽排水能力;增加注浆圈厚度或降低渗透系数可控制涌水量,根据依托工程,提出相应堵水参数的控制标准。研究结果可为陡倾裂隙发育岩层竖井开挖突涌水量预测及防控提供参考依据。

海底隧道涌水量预测和合理注浆参数确定研究

海底隧道在不良地质段施工时极易发生突水涌水现象,严重影响施工安全。以青岛胶州第二海底隧道工程为背景,采用经验公式法和数值模拟法预测了涌水量,并将两种计算结果进行对比,验证了数值模拟的适用性,并根据工程类比方法制定了本次工程排放量设置为2 m^(3)/(m·d)。对不同注浆圈厚度和不同注浆渗透系数的涌水量进行数值模拟,分析注浆参数对于海底隧道涌水量的影响规律,确定了满足控制排水量与衬砌水压力要求的合理注浆参数为:注浆圈厚度取5 m、n=0.02,可为海底隧道设计和施工提供一定的参考。

煤矿涌水量预测和疏降流场数值模拟研究

为了安全开采深部煤炭资源,预防煤层底板岩溶水突水事故,必须将灰岩水位降低至安全高度。采用均衡法计算和评价矿区岩溶水多年的补给量和排泄量,求得多年平均补给量为3 690 m^(3)/h,排泄超过补给,岩溶水处在负均衡状态。采用非稳定流解析法和相关分析法,预测了煤矿涌水量,疏放降深S=100 m时,正常涌水量Q正常=4 036 m^(3)/h,最大涌水量Qmax=5 247 m^(3)/h;疏放降深S=220 m时,正常涌水量Q正常=7 637 m^(3)/h,最大涌水量Qmax=9 928 m^(3)/h;对矿区岩溶水疏降流场进行数值模拟得出,由于疏水井不断排泄,寒武系灰岩承压含水层水位快速下降,形成明显的降落漏斗,这主要与疏水井设计在富水区内、渗透系数及外界补给量有关,预测了寒武系灰岩含水层疏水水位等值线。

基于应用数值法与解析法的乌拉根矿井涌水量预测研究

矿井涌水量大小关系矿山安全生产及生产成本,尽可能准确预测矿井涌水量尤为重要。本文对新疆乌拉根矿区采取钻探、抽水实验、示踪实验等多种手段,查明矿区水文地质条件。在此基础上,基于数值法和解析法对矿井深部涌水量进行预测分析,结果表明:在矿井水平标高为1950 m、1750 m、1550 m和1350 m的不同位置,采取解析法预测的涌水量为1240 m^(3)/d、1908.9 m^(3)/d、2502.8 m^(3)/d和2835.7 m^(3)/d;而采取数值法预测的涌水量为1363 m^(3)/d、1964.2 m^(3)/d、2388.8 m^(3)/d和2890.5 m^(3)/d。从预测数据看,两种方法预测结果差异不大,但数值法可信度更高,推荐将数值法预测结果作为后期工作的主要依据。

大斗沟煤矿充水因素分析及涌水量预测

在介绍大斗沟煤矿水文地质条件的基础上,重点对矿井充水条件和充水因素进行分析,得出大斗沟煤矿的充水通道主要为导水裂缝带。基于层次分析,得出充水通道条件的权重因子为0.2667,为该煤矿充水的最大权重,即首要条件;在对煤矿历年涌水量观测结果分析的基础上,分别采用大井法和水文地质比拟法对矿井涌水量进行预测,综合分析该煤矿正常涌水量为462 m^(3)/h,最大涌水量为693 m^(3)/h。