脆弱性指數法在趙各庄礦底板突水評價中的應用

2021-06-25 07:19:45 字數 2662 閱讀 5886

萬方資料

42中國煤炭地質第2l卷

圖2區內斷層分布

figure2

奧陶系石灰岩岩溶裂隙承壓含水層。

3.1建立層次結構模型

根據對趙各庄礦的地質、構造、水文等條件的分析,確定出該礦區底板突水的主要控制影響因素及其層次結構模型如圖1所示。

3.2構造判斷矩陣。求出最大特徵根及特徵向量在底板突水脆弱性評價這一目標(a)下.構造各準則層鼠的相對重要性的兩兩比較判斷矩陣(a~區)。運用matlab強大的計算功能計算判斷矩陣各因素的權首,並檢驗一致性。

通過matlab程式,就可以方便地對層次分析判斷矩陣進行計算。進而進行層次排序及一致性檢驗。

表1判斷矩陣a~鼠(扭1-3)

喝(/--1-3)

最大特徵根

目標層a與準則層成的判斷矩陣及

特徵向量為:在8準則層下.構造各評價級

別的相對重要性的兩兩比較判斷矩陣(佔i ̄

c),並求出最大特徵根及特徵向量。以b。

例,其判斷矩陣及特徵向量為:按照以上方

法,在b準則層下依次構造出(曰。~c)、(島~

c)和(b,~c)各組比較矩陣,計算出a一,判

斷矩陣一致性指標c,與一致性比例cr,存

在的cr值都小於0.1。各組判斷矩陣均具

有令人滿意的一致性,可以通過一致性檢

驗。層次總排序結果見表3。

總排序一致性檢驗:

三^刪乙c|(i)w

cr={:l——一

乙r16)w

表2判斷矩陣b,一ci(i=1-2)

一2)最大特徵根a一2。

衰3層次總排序表

加.2599b加

3.3底板突水主控因素資料採集、量化及其專題圖的建立

首先將收集到的鑽孔資料(如水壓、岩性、岩石破碎率等)和現場觀測資料(斷層、節理統計等)的座標及量化值等輸入到gis中,利用gis的資料儲存、資料分類以及資料更新等功能。生成相應的離散型資料檔案;利用gis強大的空間資料分析處理功能對網格進行剖分、插值等處理。生成連續型柵格檔案;然後根據式1對柵格檔案數值進行歸一化處理;

最終把歸一化後的結果以圖形的形式顯示出來.並通過圖形輸出系統輸出專題圖(圖3)。

幽、。(式1)

恤一ai為歸一化處理後的資料,口,b分別歸一化範圍的下限和上限,本文取0和l,茗為歸一化前的原始資料。min0j和max@j分別為各主控因素量化值

圖3各主控因素專題層圖

的最小值和最大值。

3.4專題圖復合疊加

把各控制因素的資訊儲存層復合成乙個資訊存

6期武強,等:「脆弱性指數法」在趙各庄礦底板突水評價中的應用43

儲層,使所生成的資訊儲存層中包含所有相關因素的資訊。然後依突水脆弱性指數模型所確定的準則(式(1)),把各單因素歸一化專題圖復合疊加合成乙個新的圖形並重建拓撲形成新的拓撲關係屬性表.再經歸一化處理後所生成的圖形即為煤層底板突水脆弱性指數分布圖(圖4)。

圈4脆弱性指數統計

figure

43.5煤層底板突水脆弱性評價分割槽

脆弱性指數越大,突水的可能性也就越大。通過對突水脆弱性指數進行統計分析做出底板突水脆弱性指數統計頻率分布圖,從而確定出分割槽的閾值如圖4.根據分割槽閾值將研究區域劃分為四個區域:

①底板突水脆弱區

②底板突水較脆弱區

③底板突水過渡區底板突水安全區

通過對閾值的確定和區域的劃分,可最終生成煤層底板突水脆弱性評價分割槽圖(圖5)。3.6結果評價

由圖5可看出:脆弱區和較脆弱區多位於東南部、中東部、中西部和東ⅲ、東ⅷ,fl等斷層的周圍區域,中東部和中西部主要是水壓較大,隔水層厚度很小,斷層規模指數大,且周圍分布有較大斷層,說

明抗阻水能力較差,易發生突水,東南部的奧灰頂部古風化殼厚度很薄,也是突水易發區;過渡區主要分布在西部和東南小部分區域.該區域構造不是太發育,水壓中等,沒有較大斷層.地質條件相對較好,但是東南部奧灰頂部古風化殼厚度較小。所以該區域也有突水的可能;安全區分布在西北部,該區隔水層厚度大,奧灰頂部古風化殼厚度大,水壓小且斷層不發育,底板突水的脆弱性不大.在正常開採時一般不會發生突水。

4脆弱性指數法與傳統的突水系數法比較

突水系數法是我國40多年來一直沿用的煤層底板突水傳統的評價方法,突水系數即單位隔水層厚度所承受的水壓,而臨界突水系數則為單位隔水

厚度所能承受的最大水壓。

本文應用突水系數法對開灤趙各庄礦12煤層底板突水脆弱性也進行了計算評價。據礦井規程,認為斷層區,突水系數小於0.06mpa/m的區域定為安全區,大於或等於0.06mpa/m的區域為脆弱區,正常區,突水系數小於0.15mpa/m的區域定為安全區.大於或等於的區域定為脆弱區。

依據這個分割槽閾值,應用arclnfo生成突水系數法的評價分割槽圖(圖6)。對比分析圖5與圖6可明顯地發現,這2種評價結果差別較大。主要表現在以下4個方面。

①突水系數法**精度差.且從安全區到脆弱

區沒有明顯的過渡區,體現不出水文地質條件的逐漸變化特徵。

②對於斷層以及其周圍區域的脆弱性評價。在

脆弱性指數法評價圖中,斷層其周圍區域有乙個相對的過渡區,而在突水系數法評價分割槽圖中沒有考慮考慮斷裂構造等特徵對煤層底板突水脆弱性的影響,因此對於本來可能存在的脆弱區,由於考慮因素

圖5脆弱性指數法評價分割槽

圖6突水系數法評價分割槽

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