摘要
近年来，随着浅层煤炭资源的不断开采，其储量逐渐下降，甚至枯竭，我国越来越多的煤矿进入了深部开采区。开采越深，煤层底板所承受的水压越大，所遇的水文地质条件更加复杂，底板突水危险性越大。为保证安全生产，我国率先将水平定向钻孔技术和高压注浆应用于煤层与下伏岩溶地层之间断层、裂隙、陷落柱等突水通道的探测与封堵。定向钻孔技术主要应用于石油和页岩气开采，成本极高。以邢东矿为例，一个水平定向钻孔成本在5000万元左右。在国际原油价格大幅度下降的今天，如何在保证生产安全的前提下降低成本，关系到我国煤炭企业的生死存亡，是每一个煤炭企业必须面对的一个实际问题。 本文通过突水系数法和基于灰色系统理论的数据融合方法，利用邢东矿-980区域已有的水平定向钻孔和注浆数据，对邢东矿深部开采煤层底板突水危险性进行评价分区，以提高未来探测与封堵断层、裂隙的成功率，节省成本，提高效益。主要结论如下： 运用突水系数法计算得到邢东矿-980m开采区的突水系数在0.065~0.085MPa/m之间，大于0.06MPa/m，但小于0.1MPa/m，说明邢东矿-980m开采区属于较危险区。另外，2127、2125、2222工作面发生的奥陶系灰岩突水的突水点都位于突水系数大于0.07MPa/m的区域，突水危险性较大。 基于灰色系统理论的数据融合方法利用灰色关联分析法和灰色系统评估两个模型，计算出邢东矿-980m开采区煤层底板突水危险性得分大部分是在60~80分之间，属于较危险区。另外，突水危险性得分在60分以下的区域主要在开采区的中部以及西部边缘地带，属于安全区。在80分以上的区域主要在开采区的北部和南部，属于危险区。另外，2127、2125、2222工作面发生的奥陶系灰岩突水的突水点均位于65分以上的区域，属于较危险区，突水危险性较大。 通过对比两种方法的评价过程及结果，突水系数法的数据需求量小、计算简单，但只考虑了煤层底板承受水压和隔水层厚度两个因素，不能很好地反映深部煤层复杂的水文地质条件，评价结果比较笼统。而基于灰色系统理论的数据融合方法考虑了更多反映煤层水文地质条件的因素，充分利用注浆探查治理工程中获得的数据资料，对工程数据进行多源数据融合分析，虽然数据需求量大、计算较为复杂，但评价结果更详细、符合实际。 基于灰色系统理论的数据融合方法将多源数据进行融合分析，可以充分利用现有工程收集到的水文地质资料对开采区的突水危险性进行分区，指导未来钻孔和注浆工程的规划和实施，减少盲目性，节约成本，提高效益。突水危险性的分区是一个初步的尝试，具体实施还需要专家和工程师根据现场的钻孔资料、工作面的地质情况等做进一步判断。通过在实践中的不断完善，最终为煤矿提供符合安全生产要求，成本可行的评价方法。
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