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(xiǎn)性評(píng)價(jià)——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(guò)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(xiǎn)越來(lái)越大,為保證礦井向深部的安全開(kāi)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(duì)礦井安全生產(chǎn)具有實(shí)際指導(dǎo)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(chǔ)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(xué)和水動(dòng)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(guò)程中不斷在灰?guī)r接觸面發(fā)生溶蝕反應(yīng),導(dǎo)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成的構(gòu)造裂隙的控制。
　　礦井掘進(jìn)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(qiáng)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(qiáng),但在小斷層的控制下,存在巖溶相對(duì)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(gè)相對(duì)獨(dú)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(qiáng)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(duì)朝川礦一井井田范圍內(nèi)的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度進(jìn)行了定量評(píng)價(jià),并結(jié)合礦井歷次突水資料,對(duì)突水點(diǎn)的分布與構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)分維值間的耦合關(guān)系進(jìn)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(fù)雜區(qū),說(shuō)明容量維值越大的區(qū)

5、域,構(gòu)造發(fā)育越復(fù)雜,巖溶發(fā)育及其富水性越強(qiáng),煤層底板整體性強(qiáng)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(píng)分方法確定了各層指標(biāo)的判斷矩陣,確定了各層指標(biāo)的權(quán)值,綜合計(jì)算了各分區(qū)單元的突水危險(xiǎn)值,據(jù)此繪制的一井突水危險(xiǎn)性等級(jí)預(yù)測(cè)圖表明,突水危險(xiǎn)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(yù)測(cè)圖中較危險(xiǎn)及危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi),與礦井實(shí)際突水情況吻合度達(dá)94.4%。,為