煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法
【專利摘要】本發(fā)明包括以下步驟：(1)確定煤層底板煤系隔水層防突性能的主控因素；(2)建立上述的各主控因素專題圖；(3)采用現(xiàn)代線性或非線性數(shù)學方法，通過模型的反演識別或學習訓練，確定出各主控因素對煤層底板煤系隔水層防突性能控制的“權重”比例；(4)應用GIS與數(shù)據(jù)融合技術，建立煤層底板煤系隔水層防突性能的評價模型，計算防突性能指數(shù)；(5)根據(jù)評價區(qū)各單元計算的防突性能指數(shù)的自然斷點法分析，合理確定防突性能分區(qū)閾值；(6)對煤層底板煤系隔水層防突性能做出科學的區(qū)劃和預測預報評價?？朔饲叭宋茨軐γ簩拥装逋凰鸬疥P鍵控制作用的在地質構造影響下、煤層底板煤系隔水層的防突性能做出定量的評價和預測的缺陷。
【專利說明】煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層煤系隔水層防突性能評價方法，特別是一種煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法。
【背景技術】
[0002]我國是世界上產(chǎn)煤量最多的國家之一，原煤總產(chǎn)量的95%以上屬井工開采。同時，我國煤礦地質、水文地質條件十分復雜，受水害威脅的煤炭儲量約占探明儲量的30%，僅華北地區(qū)受底板承壓水威脅的煤炭儲量約為200億噸。
[0003]煤礦底板突水，是指煤層下伏承壓含水層中的水突然涌入采掘工作面，使礦井涌水量增加或淹井的災害現(xiàn)象。煤層底板突水問題，在我國的煤礦中非常突出，非常普遍，幾乎涉及我國大部分煤礦區(qū)，包括華北型石炭二疊系煤田和華南晚二疊系煤田。其涉及范圍之廣，水量之大，危害之嚴重，實為世界所罕見。這是我國煤田水文地質條件的顯著特征之一，也是我國煤田水文地質科學上主要研究課題之一。
[0004]由于煤系基底充水含水層富水性強，水壓大，在采煤過程中一旦發(fā)生突水，往往對煤礦開采造成災難性破壞，給國家和人民生命財產(chǎn)及經(jīng)濟帶來極大損失。例如，1984年6月2日，開灤范各莊2171綜采工作面發(fā)生世界采礦史上罕見的陷落柱奧灰突水事故，最大突水量2053m3/min，致使范各莊礦及其周邊二對礦井很快全部淹沒。為救災復礦，調集了當時基本上是全球范圍內(nèi)最權威的防治水專家和世界上最大的抽水泵進行搶險，地面注漿封堵工程的規(guī)模和場面也是空前的。水患治理工程及相關工作歷時近一年，直接和間接經(jīng)濟損失在當時超過5億元,損失煤炭產(chǎn)量近8.5Mt。
[0005]因此，在地質構造影響下的煤層底界之下、充水含水層頂界之上的煤系隔水層的防突性能評價和預測，對我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的實用價值。
[0006]針對這些難題，國內(nèi)外大量學者專家對此開展了大量理論和實踐方面研究，取得了很多有益的成果。但總的來說，前人對煤層底板突水研究主要是從充水含水層的水文地質條件、原始地應力與采動地應力以及煤系隔水層總厚度與巖性組合關系等方面定性分析為主，未能對煤層底板突水起到關鍵控制作用的、在地質構造影響下的煤層底板煤系隔水層的防突性能做出定量的評價和預測。
[0007]長期以來，煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展迫切需要一種煤層底板煤系隔水層防突性能主控因素的定量預測評價方法。
[0008]經(jīng)過長期的研究和實踐，本發(fā)明滿足了上述煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，滿足煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求，提供一種煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，采用了以下技術方案包括以下步驟: 1.確定煤層底板煤系隔水層防突性能的主控因素:
進一步地，所述的主控因素，包括:
(1)有效隔水層厚度；
(2)鉆孔巖芯采取率；
(3)鉆孔沖洗液消耗量；
(4)礦壓破壞帶下脆性巖厚度；
(5)地質構造。
[0010]進一步地，所述的地質構造為斷層。
[0011]進一步地，所述的地質構造為裂隙節(jié)理密集帶。
[0012]進一步地，所述的地質構造為褶皺軸。
[0013]進一步地，所述的地質構造為巖溶陷落柱。
[0014]2.建立煤層底板煤系隔水層防突性能的各主控因素專題圖:
將收集到的大量鉆孔數(shù)據(jù)坐標及量化值等輸入到GIS中，利用GIS強大的數(shù)據(jù)存儲、空間數(shù)據(jù)處理和分析功能、成果顯示和輸出功能及數(shù)據(jù)更新功能，生成相應的數(shù)據(jù)文件，然后進行網(wǎng)格剖分、插值等處理后，最終將量化后的結果以圖形的形式顯示出來，并通過圖形輸出系統(tǒng)輸出成果圖。
[0015]進一步地，所述的主控因素專題圖，包括:
(I)有效隔水層厚度專題圖。
[0016](2)鉆孔巖芯采取率專題圖。
[0017](3)鉆孔沖洗液消耗量專題圖。
[0018](4)礦壓破壞帶下脆性巖厚度專題圖。
[0019](5)地質構造專題圖。
[0020]進一步地，所述的地質構造專題圖為斷層專題圖。
[0021]進一步地，所述的地質構造專題圖為裂隙節(jié)理密集帶專題圖。
[0022]進一步地，所述的地質構造專題圖為褶皺軸專題圖。
[0023]進一步地，所述的地質構造專題圖為巖溶陷落柱專題圖。
[0024]3.采用現(xiàn)代線性或非線性數(shù)學方法，通過模型的反演識別或學習訓練，確定出各主控因素對煤層底板煤系隔水層防突性能控制的“權重”比例；
4.應用GIS與數(shù)據(jù)融合技術，建立煤層底板煤系隔水層防突性能的評價模型，計算防突性能指數(shù)；
5.根據(jù)評價區(qū)各單元計算的防突性能指數(shù)的自然斷點法分析，合理確定防突性能分區(qū)閾值；
6.對煤層底板煤系隔水層防突性能做出科學的區(qū)劃和預測預報評價。
[0025]由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明具有的有益效果在于:
本發(fā)明提供了煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，克服了前人未能對煤層底板突水起到關鍵控制作用的在地質構造影響下、煤層底板煤系隔水層的防突性能做出定量的評價和預測的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】[0026]附圖1:本發(fā)明的工作流程圖；
附圖2:本發(fā)明的有效隔水層厚度專題圖；
附圖3:本發(fā)明的鉆孔巖芯采取率專題圖；
附圖4:本發(fā)明的鉆孔沖洗液消耗量專題圖；
附圖5:本發(fā)明的礦壓破壞帶下脆性巖厚度專題圖；
附圖6:本發(fā)明的斷層專題圖；
附圖7:本發(fā)明的防突性能指數(shù)自然斷點法分析圖；
附圖8:本發(fā)明的煤底板煤系隔水層防突性能預測預報分區(qū)圖。
[0027]圖中:
10—32.50?33m等效厚度，11—33.01?34m等效厚度，12—34.01?35m等效厚度，13—35.01?36m等效厚度，14—36.01?37m等效厚度。
[0028]20—0.850, 21—0.851 ?0.870, 22—0.871 ?0.880, 23—0.881 ?0.900, 24—0.901 ?0.920。
[0029]30—0.291 ?0.330m3/h, 31—0.251 ?0.290m3/h, 32—0.211 ?0.250m3/h,33—0.191 ?0.21Om3A ,34—0.170 ?0.190m3/h。
[0030]40—21.00 ?21.50m，41 一21.51 ?22.50m，42— 22.51 ?23.50m，43— 23.51 ?24.50m, 44—24.51 ?26m。
[0031]50一 一號斷層,51—二號斷層,52—三號斷層。
[0032]60—0.08 ?0.40 防突性弱區(qū)，61 — 0.41 ?0.50 防突性弱區(qū)，62 — 0.51 ?0.64防突性中等區(qū)，63 — 0.63?0.71防突性較強區(qū)，64 — 0.72?0.78防突性強區(qū)。
具體實施例
[0033]下面將結合附圖、以某煤礦為例對本發(fā)明作詳細描述。
[0034]為使某煤礦煤炭生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，合理開發(fā)利用現(xiàn)有的煤炭資源，采取上組煤和下組煤配采，該礦擬開采第二水平?500m左右的下組煤。但作為華北型煤田的礦井，該礦存在著與華北型煤田面臨的相同問題，即隨著開采深度、開采速度、開采規(guī)模的增加和下組煤的不斷開發(fā)，來自深部高承壓水的危害日趨嚴重。主要表現(xiàn)在:隨著礦井開采水平的不斷延伸和下組煤的開采，開采深度越來越大，奧灰承壓水水壓不斷增加，突水的潛在危險性也隨之加大。根據(jù)該礦水文地質條件和礦井生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃，該礦現(xiàn)開采3#煤，擬于近年開采下組煤中的17#煤。由于下組煤接近奧灰，下組煤與底板奧灰的煤系隔水層厚度小，當水壓值較大時，給煤礦的正常生產(chǎn)帶來了嚴重的安全隱患。因此，如何科學合理地評價奧灰水對下組煤17#煤層開采的威脅程度？如何提出符合生產(chǎn)實際情況并且可操作的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法？是解決該礦下組煤安全開采的技術關鍵。
[0035]參照附圖1，本發(fā)明煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，采用的技術方案包括以下步驟:
1.確定煤層底板煤系隔水層防突性能的主控因素:
所述的主控因素，包括:
(I)有效隔水層厚度；
煤層底板隔水層總厚度減去礦壓破壞帶發(fā)育深度即為有效隔水層厚度，利用各個鉆孔隔水層總厚度減去礦壓破壞帶發(fā)育深度與礦壓導升高度就可求得該鉆孔的有效隔水層厚度。
[0036]礦壓破壞帶發(fā)育深度采用以下經(jīng)驗公式計算:
【權利要求】
1.煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:技術方案包括以下步驟: (1)確定煤層底板煤系隔水層防突性能的主控因素； (2)建立煤層底板煤系隔水層防突性能的各主控因素專題圖； (3)采用現(xiàn)代線性或非線性數(shù)學方法，通過模型的反演識別或學習訓練，確定出各主控因素對煤層底板煤系隔水層防突性能控制的“權重”比例； (4)應用GIS與數(shù)據(jù)融合技術，建立煤層底板煤系隔水層防突性能的評價模型，計算防突性能指數(shù)； (5)根據(jù)評價區(qū)各單元計算的防突性能指數(shù)的自然斷點法分析，合理確定防突性能分區(qū)閾值； (6)對煤層底板煤系隔水層防突性能做出科學的區(qū)劃和預測預報評價。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的主控因素，包括: (1)有效隔水層厚度； (2)鉆孔巖芯采取率； (3)鉆孔沖洗液消耗量； (4)礦壓破壞帶下脆性巖厚度； (5)地質構造。
3.根據(jù)權利要求2所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造為斷層。
4.根據(jù)權利要求2所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造為裂隙節(jié)理密集帶。
5.根據(jù)權利要求2所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造為褶皺軸。
6.根據(jù)權利要求2所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造為巖溶陷落柱。
7.根據(jù)權利要求1所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的主控因素專題圖，包括: (1)有效隔水層厚度專題圖； (2)鉆孔巖芯采取率專題圖； (3)鉆孔沖洗液消耗量專題圖； (4)礦壓破壞帶下脆性巖厚度專題圖； (5)地質構造專題圖。
8.根據(jù)權利要求7所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造專題圖為斷層專題圖。
9.根據(jù)權利要求7所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造專題圖為裂隙節(jié)理密集帶專題圖。
10.根據(jù)權利要求7所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造專題圖為褶皺軸專題圖。
11.根據(jù)權利要求7所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的地質構造專題圖為巖溶陷落柱專題圖。
12.根據(jù)權利要求 1所述的煤層底板煤系隔水層防突性能的定量評價方法，其特征在于:所述的對煤層底板煤系隔水層防突性能做出科學的區(qū)劃和預測預報評價，是將礦區(qū)劃分5個子區(qū): 防突性弱區(qū)， 防突性較弱區(qū)， 防突性中等區(qū)， 防突性較強區(qū)， 防突性強區(qū)。
【文檔編號】G01V9/00GK103926633SQ201310014985
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權日:2013年1月16日
【發(fā)明者】武強 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)