煤层突水及翻译

摘要：目前兖州煤矿下组煤层正在开采。为了在煤矿下组煤层安全生产，我们需要评估煤矿突水风险。基于系统的水文地质数据和一些下组煤层采掘工作面的数据,我们用无量纲分析的方法评估了煤矿底板突水的影响因素。我们获得煤矿底板突水影响因素的顺序和用多元线性分析重新计算破坏层深度数据,获得新的经验公式。我们也分析了下组煤层采煤工作面的煤层底板突水系数和改进的评价标准。最后,我们用煤层底板突水系数法和模糊聚类方法做了一个煤层底板突水风险的综合评价。评价结果为防治兖州矿区奥陶系石灰岩含水层下组煤层水造成的损害提供一个坚实的基础。它也为其他煤矿下组煤层提供了重要的指导方针。

1. 引言

煤层底板突水评价是一个复杂的问题，涉及许多因素,如水文地质、工程地质、采矿条件和岩石力学。到目前为止,人们提出了很多理论和方法评估煤矿突水治理，例如，突水系数法、下三带理论、煤层底板四带理论、神经网络方法、多源信息融合方法和脆弱指数法。目前，浅部下部煤层正被开采并且深部煤层勘探在进展中。为了在下部煤层开采生产安全，我们必须评测煤层突水的危险性。

将煤层底板突水影响因素的顺序进行分类是一个困难的问题。我们引入一个无量纲分析方法来解决这个问题。无量纲分析法消除了量纲的影响，使用这个方法进行比较，加减。通过一个特定的计算，它将原始数据转换成新的数据。换句话说,它可以消除原始数据的量纲的影响。我们也引入模糊聚类方法来解决这一问题的局限性评价煤矿突水治理层突水系数法。模糊聚类是一个多变量聚类方法,它把许多因素按照一定的标准。从煤炭地板突水风险的评估，这是一个简单但有效的方法。评价结果可以为兖州矿区下部煤层开采，预防和控制从奥陶纪石灰岩含水层水害，提供一个坚实的基础。为下部煤层开采的煤矿区，它还可以提供重要的指导方针。

2. 矿山水文地质概况

兖州矿区，一个半环型的向斜盆地，坐落在兖州市，它由七个煤矿组成，包括南屯，兴隆庄和鲍店煤矿。唐村煤矿在2012年停产。此盆地属于二叠纪时期。从上到下,地层包括第四纪,侏罗纪,石炭纪、二叠纪和奥陶系层。主要的煤层是第2和第3裂隙的上部煤层也包括第2，第16和第17裂隙的下部煤层。

兖州煤矿的东部被峄山断层切断并且此地区的南部，北部和东部与煤层露头接壤。同时，它的外围以奥陶纪石灰岩和滋阳背斜的邹西和草洼含水源为边界。因此，它是一个相对独立的水文地质单元。有大量的水在浅奥陶系灰岩和第四纪砂岩的含水层。在其他含水层的水量并不是很大。在这个矿区,大多数水文类型是相当复杂的,虽然他们在北宿煤矿是简单的和杨村煤矿是复杂的。

3.评价煤矿底板突水的影响因素

到目前为止,有许多理论和方法有关煤矿突水治理层的评价,但这些提出了一个评价影响煤矿突水治理因素的顺序。我们相信我们的无量纲分析将解决这个问题。

3.1水文地质数据的标准化过程

煤矿突水影响因素层的各个维度都不方便评价,所以我们需要使数据标准化。有许多方法标准化同时我们使其标准化常用方法是从-1到1中的范围的数据内标准数据偏差。标准偏差的原理方法标准化数据如下:

X是测量值，xi是样本的均值，si是样本的标准差。

3.2煤层底板突水影响因素评估

煤层底板突水

我们确定煤层突水的影响因素是基于系统收集的水文地质数据并且数据来自于兖州煤矿煤层下部的掘进工作面。这些因素是：奥陶系灰岩含水层的水头压力,不透水层厚度(第17煤层和奥陶系灰岩之间的距离),地质构造和奥陶系灰岩含水层的水量。

通过Eq(1),我们可以根据煤矿突水影响因素的数据层画煤层底板等高线图。

我们用第17煤层到奥陶系石灰岩的深度系数有关的突水系数法和等值线的地图来计算突水煤矿的突水系数(Ts)。我们也评估煤矿突水治理层的风险并将该区域划分为四个部分。我们的评价标准是:一个安全区,Ts < 0.06 MPa;危险区域有限地点:0.06 MPa < t≤0.10 MPa;一个危险区域地点:0.10 MPa < t≤0.15 MPa和一个极端的危险地带:在Ts > 0.15 MPa。最后一个区域,即，极端危险地带,Ts > 0.15 MPa,预计在每个等值线的地图绘制煤矿突水影响因素层。通过这种方式,我们可以获得图上影响煤层底板突水因素的比例和每个区等值线 (图1)。我们可以用下面的公式来计算影响煤矿突水治理层的地图上每个因素: U是煤层底板突水的影响因素，ki是分配到每个因素的重量，si是危险区域的面积。

我们也获得了不透水层的厚度影响因素,即Uaquifugethickness=30612286, Ugeological structure=30092157 and Uwater abundance=23612721 (Table 1).

我们得出,U水头压力> U不透水层厚度> U地质结构> U富水。

我们很容易从我们的评估获得在兖州地区煤矿突水影响因素层的顺序。因此,现象取决于奥陶系灰岩含水层的水头压力。

4. 奥陶系石灰岩含水层突水风险的评估

4.1底板破坏深度公式

从国家实地调查统计数据为我们提供了以下经验公式,常用的,对破坏层深度:

h1地板破环深度,m,Ly工作面斜长,m;H开采深度、m和煤层的角度,°。

由于从100到1000米开采深度,这些经验公式太宽泛,我们用多个线性的回归模型重新分类统计数据。因此,我们得到以下新的公式:

T是煤层的厚度。

新公式应用于每个煤矿的突水系数计算。

4.2通过突水系数法评价

4.2.1修改后的限制突水系数

基于收集到的兖州矿区水文地质数据，我们计算第16和17煤层的采煤工作面的煤层突水系数并找出的突水系数介于0.30 MPa / m 0.30 MPa / m的区域。因为没有事故发生在这些采煤工作面,我们无法评估的突水风险完全根据评价标准,即,Ts 安全区 < 0.06 MPa / m。我们增加了安全限值为0.08 MPa / m数据并得出其正态分布。

因此,突水系数评价标准已变为:安全区:Ts < 0.08 MPa / m;限制危险地带:0.08 MPa / m < t≤0.10 MPa / m;危险地带:0.10 MPa / m < t≤0.15 MPa / m和极端危险地带,Ts > 0.15 MPa / m。

4.2.2通过突水系数法评价

我们使用的数据来自于第17煤层的研究区域，一般来说,这个缝受奥陶系灰岩含水层向东比向西的影响更严重。奥陶系灰岩含水层的最高水头压力接近Bu45东滩煤矿的钻孔并达到8.8 MPa。它在南方很低。第17煤层的开采深度范围为从西部117.44米到东部909.12米。第17 煤层和奥陶纪石灰岩之间的垂直距离范围为从25.59到102.29米,平均62.61米的距离。我们用煤矿突水系数法评估来自63个钻孔的的研究领域的数据。

表2显示了鲍店煤矿的评价结果。

4.3通过模糊聚类方法评价

应该考虑从许多因素评估煤矿突水风险。这是一个复杂，不能被突水系数方法解决的问题。但模糊聚类方法可以同时考虑许多因素从而解决煤层底板突水系数法不能解决的评价临界值的问题。

1）数据标准化

标准化数据的方法有很多,其中两中方法为标准差方法和其他范围的方法。我们使用第一种方法。

2）校准

校准,我们通过分类对象的相似性系数(r)来获得相似矩阵(R)。有许多方法来计算相似性系数(r),如相似系数方法,角余弦法和最大最小法。我们使用了相似系数法,使用下面的公式:

m是列数，i是数据的顺序。