基于系统聚类法的底板突水危险性评价.pdf

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1、2011年4月矿业安全与环保第38卷第2期基于系统聚类法的底板突水危险性评价李娜娜，施龙青，李忠建，曲志超，孟宪营，郑俊军(1．山东科技大学地质科学与工程学院，山东青岛266510；2．核工业青岛工程勘察院，山东青岛2666003．峰峰集团小屯矿，河北邯郸056000)摘要：在系统收集矿区水文地质资料的基础上，分析并确定影响煤层底板突水危险性的主要因素，采用系统聚类法解决突水系数法在评价煤层底板突水危险性上的局限性，发现研究区的异常点，提高判断煤层底板突水危险性的准确率。以小屯煤矿一190～一300m水平研究区为例，综合考虑

2、奥灰水压、隔水层厚度、开采深度等底板突水影响因素，利用系统聚类法和突水系数法综合评价研究区6煤底板突水危险性，为小屯煤矿有效制订防治水措施提供科学依据，对实现研究区6煤安全开采具有一定的指导意义。关键词：系统聚类法；突水系数法；底板突水；危险性评价中图分类号：TD745文献标志码：A文章编号：1008—4495(2011)02—0028—03目前，评价煤层底板突水危险性的理论和方法列或相互交叉。主要褶皱为香山地堑向斜、小屯地众多，主要包括：突水系数法⋯、神经网络法、脆弱垒穹窿，总体构造形态特征。主要可采煤层为2、性指数法、多

3、源信息融合法4等。对于指导现场4、6煤，总厚度约12．9m，可采含煤系数4．8％，厚突水危险性评价，最简单实用的还是突水系数法。度约占可采煤层的63．1％。主要含水层：奥陶系灰水压和隔水层厚度比较容易获得，但是矿压破坏深岩岩溶裂隙含水层，大青灰岩岩溶裂隙含水层，太原度不易获得，这给突水系数法评判突水危险性造成组小青灰岩、伏青灰岩、山青灰岩、野青灰岩裂隙含了一定的局限性。为此引入系统聚类法，与突水系水层，山西组砂岩裂隙含水层，下石盒子组砂岩裂隙数法结合起来评价底板突水危险性。系统聚类法是含水层，上石盒子组一、二段砂岩裂隙含水层

4、，第四一种多因素目标分类法，可以按照一定条件把各因系孑L隙含水层。在这10个含水层中，奥陶系灰岩岩素归类，用于评价突水危险性简单而有效。笔者基溶裂隙含水层富水性强且不均匀，是危及深部煤层于系统聚类法，以小屯煤矿⋯190300m水平山和下组煤开采的主要含水层。青煤开采为例，评价煤层底板突水危险性，为有效制2突水影响因素分析订防治水措施提供科学依据，对实现煤矿安全开采具有一定的指导意义。在系统收集矿区水文地质资料的基础上，以一190～一300i"11水平研究区开采6煤受奥灰水威胁l矿区水文地质概况为例，影响煤层底板突水的因素是多

5、方面的，主要包小屯煤矿位于九山、鼓山背斜东翼，断层均属正括：含水层富水性、地质构造、含水层水头压力、底板断层，其走向主要为NNE向，倾向不一，多呈平行排岩层组合特征及岩性、地应力及矿山压力等。可最终归为2点，即承压水压力和有效隔水层厚度及其收稿日期：2010—08—01；2011—01—04修订阻水性能。为有效地评价底板突水危险性，需对影基金项目：中国煤炭工业协会2009年度科学技术研究指响这两个因素的各项指标进行合理的分析研究，提导性计划项目(MTKJ2009—290)；山东省自然科学基金资助取关键指标。项目(Y2007F

6、46)；长江学者和创新团队发展计划(IRT0843)；2．1承压水压力分析山东科技大学研究生科技创新基金项目(YEA100311)；国家渗水软化作用和压裂扩容作用是承压水压力作自然科学基金资助项目(41072212)；国家自然科学基金重点用于底板隔水层的主要表现j。渗水软化作用是指项目(51034003)在底板隔水层中的承压水，具有降低岩体有效应力作者简介：李娜娜(1985一)，女，山东德州人，硕士研究生，主要从事矿井水害防治方面的研究。E—mail：dzlinana@和黏聚力的作用‘5J，并在与采动矿压的共同作用下，163

7、．corn。弱化底板隔水层强度，使其产生更大破裂，从而引起·28·2011年4月矿业安全与环保第38卷第2期底板突水。压裂扩容作用是指承压水在小裂隙中进一步压裂岩体，从而扩大原有裂隙。研究表明，承压4系统聚类法评价水压力和矿山压力共同作用导致采动突水，影响矿山压力的因素包括：开采深度、煤层采高、顶板岩性、4．1系统聚类的基本思想地质构造等，因此，评价底板突水危险性时必须充分将系统聚类法运用于层系的分类与组合，其主考虑这些因素。要思想是在一批样品的多个指标变量中，定义能度2．2底板隔水层阻水性能分析量样品间相似程度(或亲疏关系

8、)的统计量，在此基底板是由不同岩性的岩层组成的，不同岩性的础上按照确定的样品“距离”公式求取各样品之间的岩层具有不同的岩体结构与力学性质。岩体中裂相似程度度量值，按其大小，把样品逐一分类。在完隙、断层密度越大，岩体强度越低，采动破坏就越大；成第1轮类聚合之后，需重新计算类与类之间的距反之则