摘要
华北型煤矿受复杂地质条件下的水害及瓦斯等灾害影响较大，相关的灾害危险源因素已成为制约矿井安全、高效生产的瓶颈问题。复杂地质构造条件下的各类地质灾害往往受控于共同的基础地质条件，具有内在的成因联系，共同影响着矿井的安全生产。因而，针对华北构造复杂区的煤田灾害防治，摒弃过去针对单一灾害类型开展的预测、预防思路，综合考虑各类灾害相互影响及其与矿区构造的成因联系，开展煤矿地质灾害综合评价预测与开采区块等级的定量化识别，对矿井精准、安全、高效地开采和利用具有重要的现实指导作用。本次工作以淮南煤田口孜东矿为例，基于ArcGIS平台开展多重地质灾害信息融合，在构造复杂度定量分析基础上，运用先进合理的方法对不同灾害类型进行评判与预测；提出构造复杂区的煤矿有效开采区域综合定量划分方法及其相应的防灾减灾措施建议，为煤矿整体开发规划提出科学依据与技术指导。 构造复杂度反映了控制矿区采掘次生灾害的基本地质条件，是影响煤矿安全开采的地质条件中极为重要的因素。本文通过大量地质、地球物理、钻孔及井下资料分析与对比，查明了该区域的断层与褶皱的形态、产状、规模及组合特征，阐明并厘定了口孜东矿区的基本构造特征，利用ArcGIS平台对断层、褶皱和埋深数据进行叠加运算，求出研究区不同位置的断层分维、断层强度、褶皱分维和煤层倾角变异系数；在此基础上基于模糊分类原理，结合矿区具体特征，选取合适的构造评价指标，结合灰色关联法，建立了网格剖分情况下的煤层构造复杂程度评价模型，并划分了矿井构造复杂程度等级。构造复杂度与地下水、瓦斯、地温场等具有密切的成因联系，因而该项工作对矿井巷道布置具有重要的指导意义。 在构造复杂度评价的基础上，对口孜东矿井中勘查钻孔进行统计分析与计算，查明了13-1煤层顶板附近的岩层组合形式与各岩层厚度，计算了煤顶板的导水裂隙带高度和关键层厚度；在此基础上选取合适的突水评价指标，基于GIS和熵权法，采用分区变权理论模型建立了口孜东矿的突水危险性的定量化分级及危险区带划分，克服了以往模型在评价客观性和准确性方面的不足和缺点。理论分析结合对矿区已有突水点的实际验证表明，该方案较传统模型更为可靠、准确。 瓦斯突出是煤矿开采过程中的重大破坏性事故之一，准确、定量地评价矿井瓦斯突出危险性是保障煤矿安全生产的重要工作之一。本文通过对勘查钻孔中部分煤样的瓦斯参数测试，分析该区域的瓦斯含量和瓦斯压力，并根据测井曲线，判别出13-1煤中构造煤的厚度；结合构造和岩性数据，基于TOPSIS原理，选取合适的瓦斯突出评价指标，采用模糊变权法，建立了瓦斯突出危险性评价模型，并划分出口孜东矿的瓦斯突出危险性等级，为矿区瓦斯灾害防治提供了重要参考。 本文基于统一的ArcGIS平台，对灾害数据进行标准化管理，对多重致灾因素进行标准化处理与运算；在多重地质灾害危险性定量评价基础上，提出了一种综合考虑矿井构造复杂程度、突水危险性、瓦斯突出危险性以及煤层厚度的煤矿开采区块等级划分方法。该方法基于图形层次叠加法，不仅可以判识矿井开采区块等级，还可以溯源煤矿主体致灾因子，提出针对性的防灾减灾措施，为实际生产开发提供指导依据。
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