基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价

岩溶突水是隧道建设面临的主要地质灾害问题,在西南地区尤为严重,为确保隧道修建顺利,实现对其的专项突涌水危险性评估,依托西南地区某隧道工程实际,结合突涌水致灾因素的统计分析成果,根据该隧道工程的水文地质情况,以围岩分级、岩石可溶性、地质构造、地形地貌等参数作为一级评价指标及其相关表征参数作为二级指标,并采用层次分析法确定对应指标的权重,建立了基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价模型,通过进行单指标属性测度分析、多指标属性测度分析和属性识别,实现了对该隧道突涌水的危险性评估。评估结果可为后续设计排水及施工进度安排提供理论支持。

地下突水隐患识别与风险预测的改进D-S算法

针对地下矿突水因素的不确定性与时空的随机性,主要应用改进D-S算法开展地下矿突水隐患识别与风险预测,以期为地下矿突水隐患识别和水灾预测与防治等提供有效的理论依据。在考虑地质突水因素的同时,更加注重在生产管理中的人为因素。通过采用专家打分法获取各突水因素的基本概率赋值(BPA),基于改进D-S算法,构建识别框架Ω={突水、临界、不突水、不确定},建立以富水性系数、隔水层系数、水压系数、构造系数、矿压系数、勘探系数、开采系数、预防管理系数为证据体的突水融合决策模型。最后,通过国内某典型矿山进行实际应用,结果与实际情况基本一致,说明所建立的预测模型是可行的。

团柏煤矿奥灰水赋存特征及其突水量预测研究

为了防止底板水害的发生,保证安全生产,根据团柏煤矿水文地质特征,利用现场实测技术,对奥灰水赋存规律进行研究,建立了含水层突水量预测模型,并利用该模型对团柏煤矿底板奥灰水突水量进行了预测,以期指导煤矿开采设计。

基于客观组合权-改进集对分析模型的矿井突水水源识别

矿井水害事故的发生对煤矿的安全开采带来很大的影响,快速准确地识别突水事件中所涉及的水源,是预防和解决矿井水害的关键手段之一。基于客观组合权和集对分析理论,针对矿井突水水源识别问题,以东滩矿4个含水层中的40个水样为识别样本,选取Na^(+)+K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)共6项水化学指标作为识别因子,构建了矿井突水的水源识别模型,并利用该模型对10个检验样本进行水源识别。结果表明:客观组合权既避免了主观赋权法的主观随意性的缺点,又弥补了单一客观赋权法带来的片面性较强的不足,能合理地对识别指标进行权重赋值。Ca^(2+)和Mg^(2+)的权重明显高于其他离子,分别为0.28和0.25,二者的权重之和占比达53%,说明这2个指标在突水水源识别中起主要作用。利用客观组合权-改进集对分析模型对10个检验样本进行识别,准确率达到90%,说明该模型在矿井水源识别中具有一定的参考价值。模型出现误判的原因可能是误判水样取样钻孔位于断层附近,断层切割侏罗系红层水含水层与二叠系砂岩水含水层,是具有一定导水能力的天然通道,导致水样与砂岩水含水层存在一定的水力联系并发生了混合。建议在后续工作中应收集和监测各种含水层的水样数据,及时应用新的水样数据对模型进行修正,为提高模型的识别准确率奠定基础。

水质动态曲线预测在突水水源判别中的应用

为解决矿井水文地质条件复杂矿区的工作面突水后水源难以借助单一方法快速判别的问题,在现有水源判别方法的基础上,以霍州煤电干河矿2-112工作面为例,利用已有勘探数据,提出了以"独立识别区"和"关键离子"为主的用于突水过程分析的水质动态曲线预测法。"关键离子"用于初步判别水源类型,当水质动态曲线进入"独立识别区"时,可进入二级判别确定突水水源。运用此方法实现了对干河矿2-112工作面突水水源的准确判别,形成了肯定判别仅有太灰水或太灰水、奥灰水同时参与突水过程的判别方法。

多源数据挖掘下潘谢矿区深部灰岩水突水预警研究

深层灰岩水在长时间水岩耦合作用下各含水层的水化学成分有所不同,但随着地壳运动、采动影响等因素导致不同含水层产生水力联系。重大的突水事故都是深层高压灰岩水以浅层灰岩水为通道突入矿井发生的。依据对淮南煤田潘谢矿区9对矿井2015—2018年182个地面水文观测孔的水位数据及潘二矿突水后各水文观测孔水位变化的时空规律,得出水文观测孔的水位变化数据比水位高程数据更灵敏,潘谢矿区深层灰岩水由下向上对浅层灰岩水进行补给,通过聚类分析算法识别出矿井与深层灰岩水存在补给关系的浅层灰岩含水层区域;另一方面基于改进的随机森林算法对收集的7000多条矿井水质化验资料进行分析,基于错分数据识别出与深层灰岩水水力联系紧密的各矿含水层信息。综合分析水位变化数据聚类分析结果,得出各矿井的突水风险区域。基于含水层分类显著因子、水化学空间分布特征,结合温度、流量、水位、水质等参数的高精度传感器,构建快速准确突水预警系统,对矿井出水点进行智能监测,为实施防治水措施提供快速、可靠的依据,可以极大地避免矿井发生突水事故和减少突水事故产生的损失。

矿井水害超前探测及多信息融合处理预警系统研究

利用计算机Visual C#.net编程、数据库、ArcGIS等先进技术,建立矿井突水预警信息系统,简化矿井防治水信息的处理过程,提高矿井资料信息化管理水平。该系统可实现对钻孔原始资料、岩石力学性质资料、水文地质资料等数据的信息采集、维护及查询和分析等功能,使矿井突水地质数据的管理工作更加简便快速;在水害预测方面运用CART分类决策树算法进行了突水预测模型搭建,使突水判断正确率大大提高,并且在保证运行时间的基础上,提高了防治水预测结果的准确率。

隧道突水突泥致灾构造分类、地质判识、孕灾模式与典型案例分析

致灾构造是突水突泥灾害发生的内在条件和控制因素,突水突泥致灾构造兼具蓄积地下水的自然属性与突水突泥致灾性的社会属性,是地质条件与地下工程活动相互作用的综合体。通过221例突水突泥灾害案例统计分析,将突水突泥致灾构造划分为3类11型,即岩溶类(溶蚀裂隙型、溶洞溶腔型、管道及地下暗河型),断层类(富水断层型、导水断层型、阻水断层型),其他成因类(侵入接触型、层间裂隙型、不整合接触型、差异风化型、特殊条件型),研究不同类型致灾构造的结构特征、赋存规律和地质判识方法,并开展典型案例分析。统计分析表明,岩溶类致灾构造突水突泥数量居首(约占48%,105例),断层类次之(约占29%,65例),最后为其他成因类(约占23%,51例)。提出4种典型的隧道突水突泥孕灾模式,即直接揭露型、渐进破坏型、渗透失稳型和间歇破坏型。研究成果为突水突泥灾害的致灾机制与灾害控制研究奠定了基础,对隧道安全施工具有借鉴和指导意义。

浅埋煤层沟谷径流下开采顶板突水预测分析

为了准确预测浅埋煤层沟谷径流下开采顶板突水灾害,基于多元素拟合公式及有限元差分软件FLAC3D应力-渗流耦合系统,进行了突水判别分析与仿真模拟预测。拟合公式计算表明,在该地质条件及地形条件下会发生顶板突水事故。FLAC3D数值模拟分析表明,当工作面在过沟谷前属于安全开采地带,当工作面推进至沟谷下方时,导水裂隙与沟谷贯通,会造成严重的顶板突水事故,但在随后的开采中,其隔水层的隔水性具有周期性"破坏-恢复"特点;当工作面完全通过沟谷,隔水土层的隔水性完全恢复,并结合隔水层的采动破坏-恢复规律提出了沟谷下留设煤柱的防突水开采措施。研究成果证明理论判别计算结合FLAC3D的应力-渗流耦合系统能够较真实地反映沟谷径流下的采动渗流耦合破坏过程,可进行定性和定量地突水预测。

西部典型矿区采动地下水流场演变特征与工作面涌水控制技术

西部矿区煤炭资源大规模开采过程中,面临顶板水害威胁。本文以受直罗组巨厚砂岩含水层影响较大的枣泉煤矿为研究对象,构建了矿区含水层富水性评价模型,确定了矿区弱、较弱、中等、较强和强共5类富水性分区及矿区安全、预警、危险和非常危险共4类突水危险性分区;探究了富水性分区和开采方式对地下水流场演化规律及工作面涌水量的影响,提出了基于工作面涌水量控制的开采布局设计方法,并在枣泉煤矿130203工作面进行工程应用,验证了预测结果的准确性和工作面布局的合理性。研究结果为西部矿区井下防治水提供了理论指导,对井田顶板水害防治和水资源保护提供了科学的决策依据。

隧道突水突泥致灾构造识别方法及其工程应用

为有效识别隧道突水突泥致灾构造,基于致灾构造的地质特征、地球物理响应特征和钻探揭露特征,提出了一种集地质识别、物探识别、钻探识别为一体的隧道突水突泥致灾构造综合识别方法,阐述了其实施流程和实施原则.地质识别提供先验信息,指导物探的实施和解译,物探指导钻探施工,地质、物探、钻探有机结合与相互印证,识别过程动态反馈.给出了断层和岩溶突水突泥致灾构造的发育规律、地质特征和突水突泥灾害前兆地质信息,不同物探方法下的地球物理响应特征及钻探揭露特征,指导隧道施工过程中致灾构造的识别.利万高速齐岳山隧道实践证明,该方法可有效识别致灾构造的空间位置分布特征,可为同类工程隧道突水突泥致灾构造的识别提供参考和借鉴.

深埋隧道钻爆法开挖段突涌水灾害的形成机制及防控研究综述

深埋隧道具有地应力高、渗透压大和灾害源广等特点,突涌水工程灾害风险较大,部分工段多采用钻爆法开挖。深埋隧道钻爆法开挖段突涌水成灾机制较为复杂,具有隐蔽性、复杂性、突发性和破坏性的特点,现有相关理论和技术研究存在着灾害源探测及辨识不明、突涌水灾害形成机制认识不清、恶性灾害预防控制不力等问题,已不能完全适用,工程灾害防控成为亟待解决的关键科技难题。从深埋隧道钻爆法开挖段突涌水的灾害源探测、成灾机制和灾害防控三方面对现有研究进行剖析,对深埋隧道钻爆法开挖段突涌水灾害研究的重点和方向提出三点建议:第一,要探明不良地质体和围岩结构,需要基于相对成熟的技术成果,结合实际工况融合多种超前地质探测方法,动态补探,充分吸收大数据强大的分析能力进行关联分析、模式识别,逐渐逼近"真解",做到定量化、精确化探测,形成多方法多设备的综合超前地质预报技术体系;第二,从能量储存与释放的角度建立灾害源的灾变模式,揭示突涌水灾害的发生条件和突发机制,发展隔水隔泥层安全性计算方法,将现有研究成果应用到实际工程方面;第三,要做到突涌水灾害的准确预警和有效控制,需要研究建立针对深埋隧道钻爆法开挖段的风险评估理论,根据隧道洞内围岩及其上覆岩层地质条件,将不同的治水技术有机结合起来,以求实现技术、经济、资源和环境利益的最大化。

矿用水质传感器设计与应用

设计了一种以MSP430F5438微处理器为核心的矿用水质传感器,介绍了矿用水质传感器的测量原理以及水质传感器实现矿井突水预警的机理。矿用水质传感器采用离子选择电极测量矿井水源中的常规"八大离子",同时将采集的离子浓度通过以太网上传至进下分站、井下交换机,最终上传至地面主机。地面主机调用水源样本库,通过分析、比对,判断水源类型,为矿井突水预测提供有效信息。