礦井水害監(jiān)控及決策支持技術研究.pdf

1、煤炭是我國最重要的能源。煤礦水害不僅制約我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，而且又是礦井災害的主要因素之一。論文針對我國礦井水害防治研究中存在的技術難題，采用理論研究、實驗研究、設備改造和現(xiàn)場實踐相結合的方法，在充分了解國內(nèi)外相關領域研究現(xiàn)狀基礎上，較為系統(tǒng)地對礦井水害監(jiān)控及決策支持技術進行了研究。 論文首先從采場底板突水因素分析與理論建模研究著手，分析了采場底板含水層的富水性、開采煤層底板破壞深度、隔水層、原始導高、構造、水壓等主要突水因素，

2、以礦山壓力控制理論、斷裂力學理論和損傷力學理論為指導，提出了采場底板“四帶”劃分理論模型，即將工作面煤層到含水層之間的底板劃分為礦山壓力破壞帶、新增損傷帶、原始損傷帶和原始導高帶，根據(jù)巖石中裂隙相互貫通方式，推導出了計算各帶參數(shù)的理論計算公式，給出了采場底板突水判別準則，并通過現(xiàn)場實測研究證明底板“四帶”存在的客觀性和該理論的實用性。同時運用模糊自適應神經(jīng)網(wǎng)絡理論，構建了底板破壞深度這一重要因素的ANFIS預測模型。 在礦井水文

3、信息監(jiān)測研究方面，論文以控制理論為指導，研究并建立了全礦井范圍內(nèi)的水文自動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了地下水參數(shù)的“面上”(全井田)動態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡化結構，分為井下和地面兩大部分。井上地面遙測系統(tǒng)能定時自動測量和存儲地質鉆孔水位、水溫和礦井涌水量信息，并通過GSM公共無線通信網(wǎng)絡的短信方式發(fā)送至監(jiān)測中心；井下系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡結構，底層網(wǎng)絡和中間層網(wǎng)絡均為總線網(wǎng)絡，拓撲結構分別為M-Bus總線型、RS485總線型，特點是多個網(wǎng)絡結點可共用一條通

4、信信道，非常適合煤礦井下測點分布散而廣的特點。上層網(wǎng)絡為計算機網(wǎng)絡，監(jiān)測計算機作為網(wǎng)絡結點，具有網(wǎng)絡服務器功能，用戶可通過網(wǎng)頁瀏覽器遠程查詢系統(tǒng)信息、修改系統(tǒng)配置。采用移動平均、指數(shù)平滑、ARMA模型三種時間序列預測方法對礦井涌水量預測預報作了詳細的分析與探討。 在底板富水性探測技術研究方面，論文結合地球物理勘探理論和計算機應用技術，通過改造測線的布置方法、改進儀器設備、數(shù)據(jù)采集與處理軟件，提出了三維高密度電法探測底板水技術，實

5、現(xiàn)了對工作面采場底板富水性的“點上”(工作面)采前富水狀態(tài)的探測，以及工作面開采過程中底板破壞和底板水運移狀況的動態(tài)監(jiān)測。以slicer-dicer為平臺實現(xiàn)了采場底板三維電阻率成像，并可方便地實現(xiàn)水平及垂直切片，將工作面底板富水狀態(tài)直觀地表現(xiàn)出來，結合實例應用說明該技術的實用性和有效性。 在礦井底板突水預測預報及決策技術研究方面，論文應用現(xiàn)代信息融合技術中的GIS、多屬性決策理及D-S證據(jù)理論，提出了一條從“面上”(全井田)到

6、“點上”(工作面)的突水預測預報及決策技術途徑，為底板突水決策及防治工作提供了兩種有效的技術支持：(1)基于GIS平臺，將影響底板突水的含水層富水性、隔水層厚度、水壓、構造及突水點分布等多源地學信息進行有效的融合，構建了底板突水的多源地學信息復合模型，實現(xiàn)了全井田突水區(qū)域的劃分及預測預測；(2)基于多屬性決策理論，采用案例統(tǒng)計與專家分析相結合的方法，賦予影響底板突水各種因素的權重，建立突水概率指數(shù)法的融合規(guī)則，提出了突水概率指數(shù)法預測采

7、場工作面底板突水的方法。以富水指數(shù)、構造指數(shù)、隔水層指數(shù)、水壓指數(shù)、礦壓指數(shù)等為主要影響因素，開發(fā)了“采場底板突水預測預報軟件”，通過在肥城煤田的應用，證明了該軟件的實用性；在獲得底板突水概率指數(shù)的基礎上，基于D-S證據(jù)理論，建立了由θ={突水，臨界，不突水，不確定}={a，b，c，θ}構成的識別框架，由Ei={E1，E2，E3，E4，E5}={W，S，R，P，G}為證據(jù)體的突水融合決策模型(其中W為富水指數(shù)，S為構造指數(shù)，R為隔水層指