矿井地质保障系统的关键技术

董宪海

（双鸭山市煤炭生产安全管理局，黑龙江双鸭山 155100）

矿井地质保障系统的关键技术

董宪海

（双鸭山市煤炭生产安全管理局，黑龙江双鸭山 155100）

矿井地质保障系统的关键技术包括导水裂隙发育带的综合物探技术、矿井瞬变电磁法和电磁波层析成像技术、矿井涌水量计算与评价、煤矿水害模型的建立和预测、煤矿水害防治的辅助决策等，在矿区地质具有整体性、多变性和不可预测性的情况下，为矿井提供安全保障。

矿井；地质保障系统；关键技术

1 矿井地质构造解释方法

第一，构造复杂程度定量评价。在区域构造背景分析、井下观测、资料分析和各种地质、矿井及物探资料综合研究的基础上，采用构造应力场、有限元模拟等方法，根据地质模式、数学模式、物理模式和构造复杂程度分形网络进行构造预测的思路。开辟根据构造应力场、构造规律进行构造预测的新方向，并通过这些指标来解决生产上的难题。

第二，地震属性的提取技术。从研究区域的三维数据体中提取有关的地震属性参数，应包括时间域、频率域和分形域参数。

第三，断层模式识别方法。从研究区域的三维数据体中提取有关的地震属性参数（包括时间域、频率域和分形域参数）。结合研究区域的地质资料，利用4种模式识别方法，即模糊综合评判、模糊模式识别、分段线性模式识别和人工神经网络，来确定小断层位置。

2 煤矿水害的多元信息预测方法及防治措施

第一，导水裂隙发育带的综合物探技术。首先在研究区域的三维地震数据体中，从时间剖面或面块切片中提取基于剖面或数据体的地震属性参数，利用这些地震属性剖面对煤层顶、底板范围内导水裂隙发育带进行解释，查明导水裂隙的发育情况、覆盖层的构造形态及隔水层厚度。然后，利用矿井直流电法与地面瞬变电磁法资料，结合水文地质工作，对重点异常部位进行精细勘探，把水文地质工作中的非定量因素定量化，为采场涌水量预测提供基础资料。第二，矿井瞬变电磁法和电磁波层析成像技术。第三，矿井涌水量计算与评价。第四，煤矿水害模型的建立和预测。第五，煤矿水害防治的辅助决策。

3 煤矿工程地质条件的评价

第一，巷道围岩稳定性分类。给出不同岩层、构造部位、深度水平巷道围岩稳定性分类图，分析不同类型巷道围岩稳定性及合理的支护措施。第二，煤层顶板分类。给出直接顶、基本顶类型，分析不同类型顶板稳定性及可能出现的问题。第三，煤层开采导水裂隙带高度预计。预测不同顶板类型、煤层厚度、开采方法（分层开采、放顶煤开采）顶板导水裂隙带高度及其空间变化。第四，带水开采工程地质问题研究。

4 矿井多元地质信息集成系统

考虑到矿区地质体的整体性、多变性、不可预测性和基础数据采集手段的多样性，以及生产急需的实时有效信息的隐蔽性，形成矿区需求分析的多元信息集成系统，如图所示。

图基于矿区需求分析的多元信息集成系统

第一，多元数据。包括矿区可能用到的所有与生产相关的数据，以三维地震数据为主，并结合矿井地质、矿山测量、矿井物探、水文地质、工程地质等各种与煤炭开采活动相关的地质数据。其载体以现有工作流程中使用的各种形式为主，如报表、文字、图件、照片、数字、数据库等。

第二，集成系统。强调以地质体（如煤层、含水层的界面等）为研究对象，建立相应的数据结构以及数据转换机制，以实现前述多元数据的有机集成和有效共享，给出矿区各主要地质体的高精度三维数字模型，实现地质体专题数据的三维可视化，为用户提供任意方向的高精度剖面图、平面图和立体图等。

第三，预测模型。按其用户需要，建立、调试诸如构造的破坏性、工程安全性和突水危险性及其他地质灾害的预测模型。该模型可根据生产过程中新获得的数据不断更新，实现动态预测，以指导生产。

第四，决策信息。用户需要的决策信息可借助本系统实时生成，并通过网络在指定范围内传送。信息的输出方式由用户指定，如网上查询、屏幕显示、绘制各种图件等，其中图件绘制功能由矿区原有绘图系统完成。

5 结语

实现以上多元数据集成系统的关键是建立经过抽象的几类空间对象的数据模型框架。各级各类对象的初始形态都用空间实体的三维坐标数组来描述，而各个空间对象的实际显示或绘图数据，则由一组与之对应的、经过空间变换的坐标值来实现。空间变换包括投影方式、比例尺以及视角的变换。其中不同尺度下的实际显示坐标值，则通过数据结构中的特定增量值来调节，从而在确保显示精度的条件下，最大限度地减少数据冗余。

［1］李增学.矿井地质学［M］.北京：煤炭工业出版社，2009.

［2］何保.煤矿地质学［M］.沈阳：东北大学出版社，2013.

［3］张德栋，陈继福.煤矿实用地质［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［4］杨孟达.煤矿地质学［M］.北京：煤炭工业出版社，2008.

F416.1

A

1674-8646（2016）01-0030-02

2015-10-18

董宪海（1970-），男，黑龙江伊春人，工程师，主要从事煤矿地质技术研究。