基于分形理論和層次分析法的巖溶富水規(guī)律及底板突水危險性評價——以朝川礦區(qū)為例.pdf

1、朝川礦主采二1煤,煤層底板分布有石炭系薄層灰?guī)r和寒武系灰?guī)r,巖溶裂隙發(fā)育,富含巖溶承壓水,在一井的生產(chǎn)過程中,多次發(fā)生以石炭系-寒武系巖溶承壓水為突水水源的突水事故,最大突水量為1996m3/h,造成淹井,且礦井生產(chǎn)已由-10水平、-250水平向-390水平延伸,煤層底板面臨的巖溶水突水危險越來越大,為保證礦井向深部的安全開采,查明井田內(nèi)巖溶發(fā)育及富水區(qū)在地質(zhì)塊段的發(fā)育和分布規(guī)律,對礦井安全生產(chǎn)具有實際指導意義。
　　本文在充分分

2、析朝川礦區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎上,結(jié)合礦井采掘揭露資料和井上下瞬變電磁勘探數(shù)據(jù),綜合分析了礦區(qū)及井田巖溶發(fā)育及富水區(qū)分布的規(guī)律。分析表明,影響礦區(qū)巖溶發(fā)育和富水區(qū)分布的主控因素為構(gòu)造因素,礦區(qū)構(gòu)造演化特征控制了礦井水文地質(zhì)單元的劃分。在淺部,影響巖溶發(fā)育的因素為巖性因素、構(gòu)造因素、水化學和水動力因素,而隨著深度的不斷增大,徑流條件逐漸減弱,加之徑流過程中不斷在灰?guī)r接觸面發(fā)生溶蝕反應,導致地下水侵蝕性逐漸下降,使得深部巖溶發(fā)育主要受

3、構(gòu)造運動過程中形成的構(gòu)造裂隙的控制。
　　礦井掘進揭露資料和瞬變電磁勘探數(shù)據(jù)表明,井田內(nèi)-10水平巖溶強烈發(fā)育,-150~-250水平巖溶發(fā)育中等,-250水平以下巖溶發(fā)育變?nèi)?礦區(qū)牛莊井田石炭系灰?guī)r及礦區(qū)北部的牛莊井田巖溶發(fā)育程度較礦區(qū)西部的朝川井田發(fā)育較弱,這反映出隨著埋深的逐漸增大,礦區(qū)巖溶裂隙發(fā)育程度和連通性逐漸變差,不均勻性逐漸增強,但在小斷層的控制下,存在巖溶相對發(fā)育和富水地段。
　　礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂,主要發(fā)

4、育有NW-NWW與NEE-E兩組,礦區(qū)內(nèi)大斷裂將礦區(qū)劃分為三個相對獨立的水文地質(zhì)單元。朝川一井西北部和中部構(gòu)造發(fā)育強烈,斷裂剖面組合形式以塹壘組合為主,塹壘組合發(fā)育破壞了巖層的完整性。
　　采用分形分維理論對朝川礦一井井田范圍內(nèi)的構(gòu)造網(wǎng)絡復雜程度進行了定量評價,并結(jié)合礦井歷次突水資料,對突水點的分布與構(gòu)造網(wǎng)絡分維值間的耦合關系進行了研究。一井發(fā)生的18次突水中,絕大多數(shù)發(fā)生于容量維值大于0.8的構(gòu)造斷裂復雜區(qū),說明容量維值越大的區(qū)

5、域,構(gòu)造發(fā)育越復雜,巖溶發(fā)育及其富水性越強,煤層底板整體性強度越差,越易發(fā)生突水。
　　采用層次分析法建立了影響因素的層次分析模型,結(jié)合專家評分方法確定了各層指標的判斷矩陣,確定了各層指標的權值,綜合計算了各分區(qū)單元的突水危險值,據(jù)此繪制的一井突水危險性等級預測圖表明,突水危險程度較高的區(qū)域占礦井總體范圍的43.6％,且歷次發(fā)生的18次突水中,有17次突水分布于預測圖中較危險及危險區(qū)域內(nèi),與礦井實際突水情況吻合度達94.4%。,為