礦井水害監(jiān)控及決策支持技術(shù)研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)最重要的能源。煤礦水害不僅制約我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展，而且又是礦井災(zāi)害的主要因素之一。論文針對(duì)我國(guó)礦井水害防治研究中存在的技術(shù)難題，采用理論研究、實(shí)驗(yàn)研究、設(shè)備改造和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合的方法，在充分了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)地對(duì)礦井水害監(jiān)控及決策支持技術(shù)進(jìn)行了研究。 論文首先從采場(chǎng)底板突水因素分析與理論建模研究著手，分析了采場(chǎng)底板含水層的富水性、開(kāi)采煤層底板破壞深度、隔水層、原始導(dǎo)高、構(gòu)造、水壓等主要突水因素，

2、以礦山壓力控制理論、斷裂力學(xué)理論和損傷力學(xué)理論為指導(dǎo)，提出了采場(chǎng)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(dǎo)高帶，根據(jù)巖石中裂隙相互貫通方式，推導(dǎo)出了計(jì)算各帶參數(shù)的理論計(jì)算公式，給出了采場(chǎng)底板突水判別準(zhǔn)則，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究證明底板“四帶”存在的客觀性和該理論的實(shí)用性。同時(shí)運(yùn)用模糊自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，構(gòu)建了底板破壞深度這一重要因素的ANFIS預(yù)測(cè)模型。 在礦井水文

3、信息監(jiān)測(cè)研究方面，論文以控制理論為指導(dǎo)，研究并建立了全礦井范圍內(nèi)的水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地下水參數(shù)的“面上”(全井田)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，分為井下和地面兩大部分。井上地面遙測(cè)系統(tǒng)能定時(shí)自動(dòng)測(cè)量和存儲(chǔ)地質(zhì)鉆孔水位、水溫和礦井涌水量信息，并通過(guò)GSM公共無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的短信方式發(fā)送至監(jiān)測(cè)中心；井下系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，底層網(wǎng)絡(luò)和中間層網(wǎng)絡(luò)均為總線網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別為M-Bus總線型、RS485總線型，特點(diǎn)是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可共用一條通

4、信信道，非常適合煤礦井下測(cè)點(diǎn)分布散而廣的特點(diǎn)。上層網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，具有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能，用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器遠(yuǎn)程查詢(xún)系統(tǒng)信息、修改系統(tǒng)配置。采用移動(dòng)平均、指數(shù)平滑、ARMA模型三種時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法對(duì)礦井涌水量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)作了詳細(xì)的分析與探討。 在底板富水性探測(cè)技術(shù)研究方面，論文結(jié)合地球物理勘探理論和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)改造測(cè)線的布置方法、改進(jìn)儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)采集與處理軟件，提出了三維高密度電法探測(cè)底板水技術(shù)，實(shí)

5、現(xiàn)了對(duì)工作面采場(chǎng)底板富水性的“點(diǎn)上”(工作面)采前富水狀態(tài)的探測(cè)，以及工作面開(kāi)采過(guò)程中底板破壞和底板水運(yùn)移狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。以slicer-dicer為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)底板三維電阻率成像，并可方便地實(shí)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(lái)，結(jié)合實(shí)例應(yīng)用說(shuō)明該技術(shù)的實(shí)用性和有效性。 在礦井底板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及決策技術(shù)研究方面，論文應(yīng)用現(xiàn)代信息融合技術(shù)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(diǎn)上”(工作面)的突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及決策技術(shù)途徑，為底板突水決策及防治工作提供了兩種有效的技術(shù)支持：(1)基于GIS平臺(tái)，將影響底板突水的含水層富水性、隔水層厚度、水壓、構(gòu)造及突水點(diǎn)分布等多源地學(xué)信息進(jìn)行有效的融合，構(gòu)建了底板突水的多源地學(xué)信息復(fù)合模型，實(shí)現(xiàn)了全井田突水區(qū)域的劃分及預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)；(2)基于多屬性決策理論，采用案例統(tǒng)計(jì)與專(zhuān)家分析相結(jié)合的方法，賦予影響底板突水各種因素的權(quán)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(yù)測(cè)采

7、場(chǎng)工作面底板突水的方法。以富水指數(shù)、構(gòu)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(kāi)發(fā)了“采場(chǎng)底板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)軟件”，通過(guò)在肥城煤田的應(yīng)用，證明了該軟件的實(shí)用性；在獲得底板突水概率指數(shù)的基礎(chǔ)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(gòu)成的識(shí)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(gòu)造指數(shù)，R為隔水層指