南屯煤矿17煤底板奥灰突水危险性综合评价

于为雁，魏久传，于建龙

(1.中国矿业大学银川学院，宁夏 银川　750021；2.山东科技大学地质科学与工程学院，山东 青岛　266590；3.山东省核工业二七三地质大队，山东 栖霞　265300)

南屯煤矿17煤底板奥灰突水危险性综合评价

于为雁1，魏久传2，于建龙3

(1.中国矿业大学银川学院，宁夏 银川750021；2.山东科技大学地质科学与工程学院，山东 青岛266590；3.山东省核工业二七三地质大队，山东 栖霞265300)

针对南屯煤矿17煤开采中可能出现的底板奥灰突水问题，应用模糊-突水系数法和无量纲信息融合法进行综合预测评价。评价结果确定了17煤奥灰含水层突水危险性分区和各影响因素的影响程度。突水危险区主要在矿区的东北部，安全区在矿区的西部边界位置，其余地区为突水较危险区；采深和含水层水压为17煤开采底板突水危险性的主要影响因素。

底板突水；模糊-突水系数法；无量纲信息融合法；南屯煤矿

引文格式：于为雁，魏久传，于建龙.南屯煤矿17煤底板奥灰突水危险性综合评价[J].山东国土资源，2015,31(10)：62-64.YUweiyan，WEIjiuchuan，YUjianlong.ComprehensiveEvaluationofOrdovicianWaterInrushofNo.17CoalLayerFloorinNantunCoalMine[J].ShandongLandandResources, 2015,31(10):62-64.

传统的煤层底板突水危险性分析方法主要有：“下三带”理论[1]、突水系数法[2]、“四带”划分理论[3]、脆弱性指数法[4]、多源信息融合法[5]等。且随着软件技术的应用和发展，煤层底板突水危险性的分析出现了许多新方法：人工神经网络法[6]、支持向量机法(SVM)[7-8]、Fisher判别法等[9]。前述理论方法只是通过不同的方式定性评价突水危险性，却没有定量判断各种因素对突水危险性的影响程度。该文采用模糊-突水系数法确定17煤底板突水危险性分区；然后通过无量纲信息融合法评价所选取影响因素对底板突水危险性的贡献大小[10]，从而有针对性的做好水害防治措施。

1　研究区地质及水文地质概况

南屯井田位于兖州煤田向斜S翼，总体呈单斜构造，井田东北部—东部存在多个褶曲，幅度较大的为井田东北部的219向斜，其余褶曲幅度均较小。地层自上而下分别为第四系、侏罗系、二叠系、石炭系和奥陶系。主要含煤地层为二叠纪山西组和石炭-二叠纪太原组，煤系和煤层沉积稳定，为华北型含煤建造，含煤地层在井田内起伏不大。

兖州煤田为一不完整的向斜盆地，东部为峄山断裂，西、北、南部为奥灰隐伏露头。盆地内除第四系外，其他含水层补给、径流、排泄条件均不好。对煤矿生产有影响的主要含水层自上而下为：第四系下组砂砾层孔隙承压含水层，侏罗系底部砂岩孔隙裂隙含水层，山西组3煤顶部砂岩裂隙承压含水层，太原组三灰、十下灰及本溪组十四灰溶裂隙承压含水层，奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层。上述含水层煤系基底奥灰中等富水，含水量和水压较大。

2　评价方法的应用

根据南屯煤矿17煤开采的实际情况，将其底板突水的影响因素选取为：水压、隔水层厚度、煤层采深、含水层富水性。

2.1模糊-突水系数法

第一步：数据标准化。在实际问题中，不同的数据一般有不同的量纲，为了使不同的量纲也能进行比较，通常需要对数据做适当的变换。就是要根据模糊矩阵的要求，将数据压缩到区间[0,1]上。第二步：标定(建立模糊相似矩阵)。夹角余弦法所谓标定就是按照某个准则或者方法，算出衡量被分类对象xi与xj，之间相似系数rij从而确定论域U上的模糊关系矩阵[11]。第三步：聚类(求动态聚类图)。根据标定所得的模糊相似矩阵R′，还要将其改造成模糊等价矩阵R*。然后根据不同的分类数，就可得到不同的聚类图。对所取影响因素进行归一化处理后，得到数据如表1所示。

表1　17煤聚类参数标准化数据统计(无量纲)

对上面所列数据直接利用matlab软件编程分别求其相似矩阵R′和等价矩阵R*，并进行聚类分析，画出聚类分析图(图1)。

图1　聚类分析图

将聚类分析结果与用突水系数法所做分类结果进行综合分析，得综合分析表2。

2.2无量纲信息融合法

(1)因为前面对所选取的影响因素已经做了归一化处理，所以直接应用上面数据分别作出各等值线图。

(2)前面已经做了突水危险性分区，所以直接将突水系数>0.1MPa/m的危险区面积与各影响因素等值线图进行信息融合处理，得到危险区与各影响因素信息融合图(图2)。

表2　17煤底板奥灰突水评价

图2　危险区与采深信息融合图

利用下述公式计算各比重图影响因子：

式中：F为影响因子；Ki为等值线权值；Si为等值线分面积。各影响因子面积如表3所示。F水压=0.5×60940.3+0.6×436451.7+0.7×406829.3+0.8×408342.5+0.9×623731.1+1×1014107.9=2479261.57

同理可得：F厚度=1056391.23；F采深=2553769.19；F富水性=292821.27。因此，F采深>F水压>F厚度>F富水性。

可以看出，在南屯矿区，17煤开采奥灰底板突水影响因素的重要性次序为：17煤采深>奥灰含水层水压>隔水层厚度>奥灰含水层富水性。因此，17煤采深和奥灰含水层水压在众多因素中占主导作用，含水层富水性影响作用最小。说明随着开采深度的增加，采深和含水层水压等外部因素影响作用逐渐明显，含水层本身性质的影响开始减弱。

表3　影响因子面积

3　结论

(1)通过模糊-突水系数法，综合多种影响因素共同分析，确定了17煤底板奥灰突水危险性的合理分区：突水系数<0.06的区域在矿区的西部边界位置，突水系数>0.1的区域在矿区的东北部区域，突水系数介于两者之间的区域几乎占据了矿区面积的3/4，分布在矿区的中部及东部区域。

(2)通过无量纲信息融合法，确定了各影响因素的重要性次序：17煤采深>奥灰含水层水压>隔水层厚度>奥灰含水层富水性。说明随着开采深度的增加，采深和含水层水压等因素成为影响煤层底板突水危险性的关键因素，这对深部煤层开采过程中有针对性的底板突水危险性防治提供了依据。

(3)该文通过模糊-突水系数法和无量纲信息融合法的有机结合，较全面的分析了17煤开采底板奥灰突水危险性问题。

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ComprehensiveEvaluationofOrdovicianWaterInrushofNo.17CoalLayerFloorinNantunCoalMine

YUWeiyan1，WEIJiuchuan2，YUJianlong3

(1.YinchuanCollegeofChinaUniversityofMiningandTechnology,YinchuanNingxia750021,China;2.GeologicalScienceandEngineeringCollegeofShandongUniversityofScienceandTechnology,ShandongQingdao266590,China; 3.No. 273GeologicalBrigadeofNuclearIndustry,ShandongQixia265300,China)

PointingtothepossibilityofwaterinrushinNo.17coalfloorinOrdovicianlimestonewhenmininginnantuncoalmine,byusingthefuzzy-burstingwatercoefficientlawandimensionlessinformationfusion,comprehensivelypredictionandevaluationhavebeencarriedout.RiskzoningofOrdovicianlimestoneaquiferwaterinrushhasbeenclassifiedandthedegreeofinfluencefactorshasbeendetermined.Themostdangerouswaterinrushareasmainlydistributedinthenortheasternpartofcoalmine,safeareasmainlydistributedinthewesternboundaryofthemine,andtherestareasarethemoredangerousareas.TheminingdepthandaquiferwaterpressurearethemainfactorsofthedangerofwaterinrushintheprocessofNo.17coalmining.

Waterinrushfromfloor;fuzzy-burstingwatercoefficientlaw;dimensionlessinformationfusion;Nantuncoalmine

2014-10-23；

2014-12-05；编辑：曹丽丽

于为雁(1988—)，男，山东聊城人，教师，主要从事水工环地质调查与灾害防治；E-mail：yuwydyx@126.com

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