十二采區(qū)3煤層頂板富水性預(yù)測(cè)研究

1、十二采區(qū)3煤層頂板富水性預(yù)測(cè)研究呂文茂張廣學(xué)劉高強(qiáng)【摘要】濟(jì)寧三號(hào)煤礦十二采區(qū)3煤開采受頂板水威脅，頂板富水性的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)尤為重要。其主要決定因素為：頂板砂巖厚度、砂泥巖組合及砂巖含量、構(gòu)造復(fù)雜程度斷裂分維數(shù)。本文以此三個(gè)因素為研究對(duì)象，運(yùn)用模糊聚類分析法對(duì)采區(qū)的富水性進(jìn)行分級(jí)分區(qū)，為砂巖水的防治提供參考依據(jù)，保證3煤的平安開采?！娟P(guān)鍵詞】頂板水；富水性；模糊聚類分析法TwelveNo.3coalseamroofwaterabundancepredictionresearchLVWen-mao1ZHANGGuang-xue1LIUGao-qiang2JiningNo.3coalmine，Shan

2、dongProvince，Jining272100，China；2.ShandongCoalMineSafetySupervisionBureau，LuxiSupervisionBureau，ShandongProvince，Jining272100，China【Abstract】JiningNo.threecoalminetwelveminingareaof3coalminingunderthethreatoftheroofwater，accuratepredictionofroofwaterabundanceisparticularlyimportant.Themaindeterminan

3、ts：roofsandstonethicknessandsandmudstoneandsandstonecontent，complexstructurefracturefractaldimension.basedonthreefactorsastheresearchobject，usingfuzzyclusteranalysismethodoftheminingareawaterabundanceofzoningclassification，soastoprovidereferenceforthepreventionandtreatmentofsandstonewater，guaranteet

4、hesafetyoftheexploitationofthecoal.【Keywords】Roofwater；Waterrich；Fuzzyclusteringanalysismethod1概況1.1地質(zhì)概況濟(jì)寧三號(hào)煤礦位于濟(jì)寧煤田中部南北向的濟(jì)寧地塹構(gòu)造內(nèi)，研究區(qū)以孫氏店斷層和濟(jì)寧斷層為東西部邊界，地層總體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造，淺部具寬緩褶曲。本區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟(jì)寧地層小區(qū)，為全隱蔽型煤田。鉆孔資料揭露，地層由老至新依次為：奧陶系下統(tǒng)、奧陶系中統(tǒng)、石炭系中統(tǒng)、石炭系上統(tǒng)、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、第四系。含煤地層為石炭-二疊系山西組和太原組，主要可采煤層為3上煤層、3下

5、煤層。1.2水文地質(zhì)概況井田內(nèi)主要含水層從上到下主要有：第四系砂及砂礫含水層，侏羅系砂巖孔隙裂隙含水層，二疊系山西組3煤層頂?shù)撞可皫r裂隙含水層，石炭二疊系太原組第三、十下層石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。除第四系上組砂及砂礫層外，其余含水層對(duì)煤礦開采均有充水影響，其中山西組砂巖、太原組第三、十下層石灰?guī)r為直接充水含水層。由于第四系中組為區(qū)域隔水層，故上述含水層除第四系上組和奧灰外，其余含水層皆以靜儲(chǔ)量為主，補(bǔ)給、徑流、排泄條件均不良。2富水性影響因素及預(yù)測(cè)指標(biāo)應(yīng)用模糊聚類分析法進(jìn)行煤層頂板富水性預(yù)測(cè)，對(duì)十二采區(qū)的富水性的評(píng)價(jià)主要考慮的對(duì)象為頂板砂巖厚度、砂泥巖組合及砂巖含量、

6、構(gòu)造復(fù)雜程度。2.1頂板砂巖厚度3煤上層地層巖性主要由中粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、粉細(xì)互層、泥巖及粘土巖構(gòu)成。3煤頂板砂巖是指在3煤頂板到侏羅系底部范圍內(nèi)，位于3煤開采最大裂高范圍內(nèi)的砂巖。在距煤層頂板25m約為導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)，3上煤頂板巖性一般以砂巖、粉砂巖和泥巖為主。本次采用十二采區(qū)內(nèi)及附近14個(gè)鉆孔的3上煤頂板砂巖厚度繪制厚度等值線，由圖可知道在十二采區(qū)3上煤頂板砂巖厚度在采區(qū)內(nèi)變化很大，總體呈現(xiàn)北厚南薄的特征，北部砂體厚度根本大于14m，南部砂體厚度根本小于6m。在煤層之上80m約為導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)，3下煤頂板巖性一般以粉、細(xì)粒砂巖為主，北西部為中、粗粒砂巖。采用十二采區(qū)內(nèi)及附近14個(gè)

7、鉆孔的3下煤頂板砂巖厚度繪制厚度等值線圖，由圖可知道在采區(qū)范圍內(nèi)，3下煤頂板砂巖厚度呈現(xiàn)西厚東薄、北厚南薄的趨勢(shì)特征，采區(qū)西北部的砂體厚度最大，為72.48m；東南部砂體厚度最小，為4.75m。2.2砂泥巖組合及砂巖含量十二采區(qū)3煤層頂板巖性由中粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、粉細(xì)互層、泥巖和粘土巖構(gòu)成；巖性組合方式主要考慮砂巖和泥巖的相比照例。本報(bào)告采用3煤頂板砂巖含量百分比來分析。3煤頂板砂巖含量為最大裂高范圍內(nèi)3煤頂板砂巖厚度所占的比例，即有：S=m/Hli1式中：S為砂巖含量，用小數(shù)來表示；m為砂巖厚度；Hli為最大裂高。根據(jù)十二采區(qū)內(nèi)及附近14個(gè)鉆孔的3上煤頂板砂巖百分比繪制砂巖含量等值線統(tǒng)

8、計(jì)圖，從3上煤頂板砂巖含量等值線圖上可以看出在采區(qū)范圍內(nèi)砂巖含量變化很大，砂巖含量高的部位在采區(qū)北部，低的部位即泥巖含量高的部位在采區(qū)的南部。變化趨勢(shì)與3上煤層頂板砂巖變化一致。總體上，由南向北，砂巖巖含量增加，泥巖含量減少。統(tǒng)計(jì)十二采區(qū)內(nèi)及附近14個(gè)鉆孔的3下煤頂板砂巖百分比并繪制了砂巖含量等值線統(tǒng)計(jì)圖，從3下煤頂板砂巖含量等值線圖上可以看出在采區(qū)范圍內(nèi)砂巖含量變化很大，砂巖含量最高的部位在采區(qū)西北部，低的部位即泥巖含量高的部位在采區(qū)的東南部。總體上，由東南向西北，砂巖含量逐漸增加。2.3構(gòu)造復(fù)雜程度一般用分維值來定量表述斷裂構(gòu)造的復(fù)雜程度。斷裂的分維值越大，斷裂越發(fā)育；斷裂分維值越小，斷裂

9、越不發(fā)育。斷裂發(fā)育時(shí)，砂巖的富水性強(qiáng)；反之，砂巖的富水性弱。依據(jù)十二采區(qū)構(gòu)造綱要圖繪制斷裂構(gòu)造分維等值線圖，從圖可以看出在采區(qū)范圍內(nèi)：斷層密集的部位，分維值較大；斷層稀疏的部位，分維值低；采區(qū)內(nèi)中部南北條帶構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，分維值低，向采區(qū)東西兩側(cè)變大。3頂板富水性預(yù)測(cè)3.13上煤層富水性預(yù)測(cè)采用十二采區(qū)內(nèi)及附近14個(gè)鉆孔的砂巖厚度、砂巖百分比及斷層分維數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。所使用原始及標(biāo)準(zhǔn)化后再標(biāo)定、聚類，最后得到的聚類數(shù)據(jù)是一個(gè)14×14矩陣，將矩陣輸入Matlab中得到聚類圖圖1。圖13上煤層聚類圖結(jié)合聚類圖，考慮各鉆孔分布的空間位置及富水性分區(qū)的均衡性，獲得聚類結(jié)果見表1。進(jìn)一步綜

10、合砂巖厚度、砂巖百分比含量及斷層分維數(shù)等各因素主要考慮斷層分維數(shù)，將聚類結(jié)果加以修正，得出聚類后各鉆孔的富水性強(qiáng)弱等級(jí)見表2。然后繪制得富水性分區(qū)圖2。由3上煤層頂板富水性分區(qū)聚類圖可以看出，采區(qū)東北部及西部和南部小局部區(qū)域?yàn)楦凰詮?qiáng)區(qū)域；采區(qū)西南部及中部小局部區(qū)域?yàn)楦凰匀鯀^(qū)域；其余區(qū)域?yàn)楦凰灾械葏^(qū)域。表13上煤層頂板富水性聚類結(jié)果表注：1類為富水性弱鉆孔，2類為富水性中等鉆孔，3類為富水性強(qiáng)鉆孔。表23上煤層頂板富水性強(qiáng)弱聚類評(píng)價(jià)表圖23上煤層頂板富水性分區(qū)聚類圖3.23下煤層富水性預(yù)測(cè)采用采區(qū)內(nèi)及附近16個(gè)鉆孔的砂巖厚度、砂巖百分比及斷層分維數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，再標(biāo)定、聚

11、類，最后得到的聚類數(shù)據(jù)是一個(gè)16×16矩陣，將矩陣輸入Matlab中得到聚類圖圖3。圖33下煤層聚類圖同樣的方法獲得聚類結(jié)果表3和修正后的各鉆孔富水性強(qiáng)弱等級(jí)表4，進(jìn)而繪制聚類富水性分區(qū)圖圖4。由3下煤層頂板富水性分區(qū)聚類圖可以看出，采區(qū)東北部及西部小局部區(qū)域?yàn)楦凰詮?qiáng)區(qū)域；采區(qū)中部和西南部區(qū)域?yàn)楦凰匀鯀^(qū)域，其余區(qū)域?yàn)楦凰灾械葏^(qū)域。5結(jié)論運(yùn)用模糊聚類法進(jìn)行頂板富水性預(yù)測(cè)，可以綜合考慮多方面因素，較全面準(zhǔn)確的得到頂板富水情況。本文以頂板砂巖厚度、砂泥巖組合及砂巖含量、構(gòu)造復(fù)雜程度三個(gè)因素為研究對(duì)象，運(yùn)用模糊聚類分析法對(duì)采區(qū)的富水性進(jìn)行分級(jí)分區(qū)，并得到以下結(jié)論：1在3上煤層采區(qū)東北部

12、及西部和南部小局部區(qū)域?yàn)楦凰詮?qiáng)區(qū)域；采區(qū)西南部及中部小局部區(qū)域?yàn)楦凰匀鯀^(qū)域；其余局部為富水性中等區(qū)域。23下煤層采區(qū)東北部及西部小局部區(qū)域?yàn)楦凰詮?qiáng)區(qū)域；采區(qū)中部和西南部區(qū)域?yàn)楦凰匀鯀^(qū)域，其余區(qū)域?yàn)楦凰灾械葏^(qū)域。表33下煤層頂板富水性聚類結(jié)果表注：1類為富水性弱鉆孔，2類為富水性中等鉆孔，3類為富水性強(qiáng)鉆孔。表43下煤層頂板富水性強(qiáng)弱聚類評(píng)價(jià)表圖43下煤層頂板富水性分區(qū)聚類圖【參考文獻(xiàn)】【1】楊國(guó)勇，陳超，高樹林，等.基于層次分析-模糊聚類分析法的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度研究J.采礦工程與平安學(xué)報(bào)，2021，322：206-212.【2】鄭剛.模糊聚類分析法預(yù)測(cè)頂板砂巖含水層突水點(diǎn)及突水量J.煤礦平安，2021，351：24-25.【3】付萍杰，魏久傳，謝道雷，等.基于多因素模糊聚類分析法的底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)J.煤炭技術(shù)，2021，341：163-166.【4】彭濤，宣良瑞，張海潮，等.臥龍湖煤礦砂巖含水層富水性預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)J.煤礦平安，2021，458：199-202.【5】高飛，劉丹.模糊聚類分析法在敘嶺關(guān)隧道涌水來源識(shí)別中的應(yīng)用J.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2021，502：52-57.【6】王秀珍.模糊聚類分