礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

董憲海

（雙鴨山市煤炭生產(chǎn)安全管理局，黑龍江雙鴨山 155100）

礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

董憲海

（雙鴨山市煤炭生產(chǎn)安全管理局，黑龍江雙鴨山 155100）

礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶的綜合物探技術(shù)、礦井瞬變電磁法和電磁波層析成像技術(shù)、礦井涌水量計(jì)算與評(píng)價(jià)、煤礦水害模型的建立和預(yù)測(cè)、煤礦水害防治的輔助決策等，在礦區(qū)地質(zhì)具有整體性、多變性和不可預(yù)測(cè)性的情況下，為礦井提供安全保障。

礦井；地質(zhì)保障系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

1 礦井地質(zhì)構(gòu)造解釋方法

第一，構(gòu)造復(fù)雜程度定量評(píng)價(jià)。在區(qū)域構(gòu)造背景分析、井下觀測(cè)、資料分析和各種地質(zhì)、礦井及物探資料綜合研究的基礎(chǔ)上，采用構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、有限元模擬等方法，根據(jù)地質(zhì)模式、數(shù)學(xué)模式、物理模式和構(gòu)造復(fù)雜程度分形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)造預(yù)測(cè)的思路。開辟根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、構(gòu)造規(guī)律進(jìn)行構(gòu)造預(yù)測(cè)的新方向，并通過這些指標(biāo)來解決生產(chǎn)上的難題。

第二，地震屬性的提取技術(shù)。從研究區(qū)域的三維數(shù)據(jù)體中提取有關(guān)的地震屬性參數(shù)，應(yīng)包括時(shí)間域、頻率域和分形域參數(shù)。

第三，斷層模式識(shí)別方法。從研究區(qū)域的三維數(shù)據(jù)體中提取有關(guān)的地震屬性參數(shù)（包括時(shí)間域、頻率域和分形域參數(shù)）。結(jié)合研究區(qū)域的地質(zhì)資料，利用4種模式識(shí)別方法，即模糊綜合評(píng)判、模糊模式識(shí)別、分段線性模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，來確定小斷層位置。

2 煤礦水害的多元信息預(yù)測(cè)方法及防治措施

第一，導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶的綜合物探技術(shù)。首先在研究區(qū)域的三維地震數(shù)據(jù)體中，從時(shí)間剖面或面塊切片中提取基于剖面或數(shù)據(jù)體的地震屬性參數(shù)，利用這些地震屬性剖面對(duì)煤層頂、底板范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶進(jìn)行解釋，查明導(dǎo)水裂隙的發(fā)育情況、覆蓋層的構(gòu)造形態(tài)及隔水層厚度。然后，利用礦井直流電法與地面瞬變電磁法資料，結(jié)合水文地質(zhì)工作，對(duì)重點(diǎn)異常部位進(jìn)行精細(xì)勘探，把水文地質(zhì)工作中的非定量因素定量化，為采場(chǎng)涌水量預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)資料。第二，礦井瞬變電磁法和電磁波層析成像技術(shù)。第三，礦井涌水量計(jì)算與評(píng)價(jià)。第四，煤礦水害模型的建立和預(yù)測(cè)。第五，煤礦水害防治的輔助決策。

3 煤礦工程地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)

第一，巷道圍巖穩(wěn)定性分類。給出不同巖層、構(gòu)造部位、深度水平巷道圍巖穩(wěn)定性分類圖，分析不同類型巷道圍巖穩(wěn)定性及合理的支護(hù)措施。第二，煤層頂板分類。給出直接頂、基本頂類型，分析不同類型頂板穩(wěn)定性及可能出現(xiàn)的問題。第三，煤層開采導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)。預(yù)測(cè)不同頂板類型、煤層厚度、開采方法（分層開采、放頂煤開采）頂板導(dǎo)水裂隙帶高度及其空間變化。第四，帶水開采工程地質(zhì)問題研究。

4 礦井多元地質(zhì)信息集成系統(tǒng)

考慮到礦區(qū)地質(zhì)體的整體性、多變性、不可預(yù)測(cè)性和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集手段的多樣性，以及生產(chǎn)急需的實(shí)時(shí)有效信息的隱蔽性，形成礦區(qū)需求分析的多元信息集成系統(tǒng)，如圖所示。

圖基于礦區(qū)需求分析的多元信息集成系統(tǒng)

第一，多元數(shù)據(jù)。包括礦區(qū)可能用到的所有與生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以三維地震數(shù)據(jù)為主，并結(jié)合礦井地質(zhì)、礦山測(cè)量、礦井物探、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等各種與煤炭開采活動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)。其載體以現(xiàn)有工作流程中使用的各種形式為主，如報(bào)表、文字、圖件、照片、數(shù)字、數(shù)據(jù)庫(kù)等。

第二，集成系統(tǒng)。強(qiáng)調(diào)以地質(zhì)體（如煤層、含水層的界面等）為研究對(duì)象，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)前述多元數(shù)據(jù)的有機(jī)集成和有效共享，給出礦區(qū)各主要地質(zhì)體的高精度三維數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體專題數(shù)據(jù)的三維可視化，為用戶提供任意方向的高精度剖面圖、平面圖和立體圖等。

第三，預(yù)測(cè)模型。按其用戶需要，建立、調(diào)試諸如構(gòu)造的破壞性、工程安全性和突水危險(xiǎn)性及其他地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)模型。該模型可根據(jù)生產(chǎn)過程中新獲得的數(shù)據(jù)不斷更新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，以指導(dǎo)生產(chǎn)。

第四，決策信息。用戶需要的決策信息可借助本系統(tǒng)實(shí)時(shí)生成，并通過網(wǎng)絡(luò)在指定范圍內(nèi)傳送。信息的輸出方式由用戶指定，如網(wǎng)上查詢、屏幕顯示、繪制各種圖件等，其中圖件繪制功能由礦區(qū)原有繪圖系統(tǒng)完成。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)以上多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的關(guān)鍵是建立經(jīng)過抽象的幾類空間對(duì)象的數(shù)據(jù)模型框架。各級(jí)各類對(duì)象的初始形態(tài)都用空間實(shí)體的三維坐標(biāo)數(shù)組來描述，而各個(gè)空間對(duì)象的實(shí)際顯示或繪圖數(shù)據(jù)，則由一組與之對(duì)應(yīng)的、經(jīng)過空間變換的坐標(biāo)值來實(shí)現(xiàn)?？臻g變換包括投影方式、比例尺以及視角的變換。其中不同尺度下的實(shí)際顯示坐標(biāo)值，則通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的特定增量值來調(diào)節(jié)，從而在確保顯示精度的條件下，最大限度地減少數(shù)據(jù)冗余。

［1］李增學(xué).礦井地質(zhì)學(xué)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］何保.煤礦地質(zhì)學(xué)［M］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2013.

［3］張德棟，陳繼福.煤礦實(shí)用地質(zhì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］楊孟達(dá).煤礦地質(zhì)學(xué)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

F416.1

A

1674-8646（2016）01-0030-02

2015-10-18

董憲海（1970-），男，黑龍江伊春人，工程師，主要從事煤礦地質(zhì)技術(shù)研究。