水文水害預(yù)警方案

（技術(shù)方案）哈爾濱華夏礦安科技水文災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)方案

（上位正文局部）名目參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1水害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述與意義11.1水害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)12突水災(zāi)難形成條件與發(fā)生緣由1自然地質(zhì)條件1人為條件22爭(zhēng)論的目的和意義43頂板水害51三圖雙猜想法概念53.2基于GIS的AHP方法的富水性分區(qū)圖實(shí)現(xiàn)63.3基于GIS的AHP&灰色神經(jīng)串聯(lián)型富水性分區(qū)法錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4涌水量猜想錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4底板突水危急性錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.1五圖雙系數(shù)法概念及意義⑻錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5剖面圖的實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6礦井水位（漂?。?shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。強(qiáng)富水性：1.0L/s*m<qW5.OL/s*m；極強(qiáng)富水性：q>5.0L/s*m0注：此種方法雖然簡(jiǎn)潔，但適合度很差，是否采納，還需要進(jìn)一步考慮認(rèn)證。頂板冒落平安性分區(qū)圖依據(jù)《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》附錄F的冒落帶導(dǎo)水裂隙帶最大高度閱歷公式表煤層傾角(°)巖石抗壓強(qiáng)度(MPa)巖石名稱(chēng)頂板管理方法冒落帶最大高度m導(dǎo)水裂隙帶(包括冒落帶最大高度)m0~5440~60輝綠巖、石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.320~40砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3<20風(fēng)化巖石、頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、粘土巖、第四系和第三系松散層等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.355?8540~60輝綠巖、石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3<40砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖、粘土巖、風(fēng)化巖石、第三系和第四系松散層等全部

陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3注：①表中：EMBEDEquation.3一累計(jì)采厚，EMBEDEquation.3；EMBEDEquation.3一煤分層層數(shù)；EMBEDEquation.3一煤層厚度，EMBEDEquation.3；EMBEDEquation.3一采煤工作面小階段垂高，EMBEDEquation.3o②冒落帶、導(dǎo)水裂隙最大高度、對(duì)于緩傾斜和傾斜煤層，系每日從煤層頂面算起的法向高度；對(duì)于急傾斜煤層，系指從開(kāi)采上限算起的垂向高度。③巖石抗壓強(qiáng)度為飽和單軸極限強(qiáng)度。頂板涌（突）水條件綜合分區(qū)圖頂板涌（突）水雙猜想實(shí)現(xiàn)底板突水危急性《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采納“脆弱性指數(shù)法”或者“五圖雙系數(shù)法”等方法，對(duì)底板突水危急性進(jìn)行綜合分區(qū)評(píng)價(jià)，可以采納比較法、解析法和數(shù)值模擬法等方法估計(jì)最大涌水量?！蔽鍒D雙系數(shù)法概念及意義⑻帶壓開(kāi)采：是指在具有承壓水壓力的含水層上進(jìn)行的采煤?！拔鍒D雙系數(shù)”法：是一種煤層底板水害評(píng)價(jià)方法。“五圖”是指：底板保護(hù)層破壞深度等值線(xiàn)圖、底板保護(hù)層厚度等值線(xiàn)圖、煤層底板以上水頭等值線(xiàn)圖、有效保護(hù)層厚度等值線(xiàn)圖、帶壓開(kāi)采評(píng)價(jià)圖。雙系數(shù)是指：帶壓系數(shù)和突水系數(shù)。.“五圖”概念和意義如下：第一圖：在工作面回采過(guò)程中，由于礦壓等因素綜合作用的結(jié)果，在煤層底板產(chǎn)生肯定深度的破壞，這種破壞后的巖層具有導(dǎo)水力量，故稱(chēng)之為“導(dǎo)水破壞深度”，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算可以獲得該值的分布狀況。據(jù)此繪制“底板保護(hù)層破壞深度等值線(xiàn)圖”。其次圖：煤層底面至隔水層頂面之間的這段巖層稱(chēng)之為“底板保護(hù)層”。它是阻擋承壓水涌入采掘空間的屏障，需查明其厚度及其變化規(guī)律。據(jù)此繪制“底板保護(hù)層厚度等值線(xiàn)圖”。第三圖：煤層底板以下含水層的承壓水頭將分別作用在不同標(biāo)高的底板上。依據(jù)計(jì)算繪制“煤層底板上的水頭等值線(xiàn)圖”。第四圖：把導(dǎo)水破壞深度從底板保護(hù)層厚度中減去，所剩厚度稱(chēng)之為“有效保護(hù)層”。它是真正具有阻抗水頭壓力力量且起平安保護(hù)作用的局部。據(jù)此繪制“有效保護(hù)層厚度等值線(xiàn)圖”。第五圖：最終依據(jù)有效保護(hù)層的存在與否和厚度大小，依照“雙系數(shù)”和“三級(jí)判別”綜合分析，即可繪制帶壓開(kāi)采技術(shù)的最重要圖件“帶水頭壓力開(kāi)采評(píng)價(jià)圖”。.“雙系數(shù)”的概念和意義

帶壓系數(shù)：在爭(zhēng)論保護(hù)層時(shí)要同時(shí)進(jìn)行保護(hù)層的阻抗水壓力量的測(cè)試，依據(jù)所獲參數(shù)計(jì)算保護(hù)層的總體“帶壓系數(shù)”，它是表示每米巖層可以阻抗多大水壓的指標(biāo)，是雙系數(shù)之一。突水系數(shù)：另一系數(shù)是“突水系數(shù)”，是“有效保護(hù)層厚度”與作用其上的水頭值之比。.“三級(jí)判別”的概念“三級(jí)判別”：是與雙系數(shù)協(xié)作用來(lái)判別突水與否、突水形式和突水量變化的三個(gè)指標(biāo)：I級(jí)判別：是判別工作面必定發(fā)生直通式突水的指標(biāo)；II級(jí)判別：是判別工作而發(fā)生非直通式突水可能性及其突水形式的指標(biāo)；III級(jí)判別：是判別己被n級(jí)判別定為突水的工作面其突水量變化狀況的指標(biāo)。.“五圖雙系數(shù)法”的流程，參見(jiàn)下列圖。EMBEDVisio.Drawing.11圖-1“五圖雙系數(shù)法”流程框圖第一圖底板保護(hù)層破壞深度等值線(xiàn)圖實(shí)現(xiàn)方法.底板活動(dòng)全貌如圖3-2所示。在計(jì)算保護(hù)層破壞深度時(shí)，主要考慮無(wú)明顯損傷底板破壞深度、明顯損傷底板破壞深度兩局部。圖3-2底板活動(dòng)全貌無(wú)明顯損傷底板破壞深度回歸分析底板破壞深度：是指底板巖層產(chǎn)生移動(dòng)變形，裂隙率發(fā)生變化以及采動(dòng)裂隙(主要是層向裂隙)率大于肯定數(shù)量的底板巖層厚度.求解過(guò)程：第一步：建立非線(xiàn)性方程，公式為：EMBEDEquation.3(3-1)其中：EMBEDEquation.3為影響采場(chǎng)底板破壞深度，EMBEDEquation.Equation.3Equation.3為煤礦開(kāi)采深度，EMBEDEquation.3Equation.3為煤礦開(kāi)采深度，EMBEDEquation.3為煤層傾角,EMBEDEquation.3斜長(zhǎng)。EMBEDEquation.3斜長(zhǎng)。為底板結(jié)實(shí)系數(shù)，EMBEDEquation.3斜長(zhǎng)。為底板結(jié)實(shí)系數(shù)，EMBEDEquation.3為工作面注：這些參數(shù)由煤礦供應(yīng)或在做地質(zhì)分析時(shí)取得。其次步：采用所給參數(shù)，回歸，計(jì)算各種參數(shù)的系數(shù)?！罢?guī)方程”采納列主元素高斯消去求解法。計(jì)算出最終結(jié)果?；貧w結(jié)果類(lèi)似下列圖：明顯損傷底板破壞深度的計(jì)算由幾何損傷原理啟發(fā)，實(shí)踐證明，當(dāng)原始底板受到明顯損傷破壞時(shí)，在同樣的礦山壓力作用下，采場(chǎng)底板破壞深度要比式(3T)的計(jì)算結(jié)果大。依據(jù)文獻(xiàn)［11］知，采場(chǎng)底板破壞深度同采場(chǎng)底板所承受的應(yīng)力成正比，依據(jù)幾何損傷原理，綜合得到損傷底板破壞嘗試的計(jì)算公式為：EMBEDEquation.3(3-1)其中：EMBEDEquation.3為明顯損傷底板破壞深度，EMBEDEquation.3為無(wú)明顯損傷底板破壞深度，EMBEDEquation.3為鉆孔漏水段總長(zhǎng)度，EMBEDEquation.3為鉆孔總長(zhǎng)度。軟件實(shí)現(xiàn)擬實(shí)現(xiàn)方法，依靠matlab強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)力量，計(jì)算結(jié)果，傳給C#函數(shù)，C#與GIS融合，動(dòng)態(tài)生成底板保護(hù)層破壞深度等值線(xiàn)圖。其次圖底板保護(hù)層厚度等值線(xiàn)圖雙系數(shù)實(shí)現(xiàn)方法雙系數(shù)是指：帶壓系數(shù)、突水系數(shù)。帶壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法依據(jù)文獻(xiàn)［10］上帶壓系數(shù)公式，EMBEDEquation.3其中：EMBEDEquation.3為煤層承受(平安？)的水頭壓力；EMBEDEquation.3為煤層的隔水層厚度。平安水頭壓力EMBEDEquation.3的求解公式依據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中附錄五進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式：第一種狀況：掘進(jìn)巷道底板隔水層EMBEDEquation.3(5-1)式中P——底板隔水層能夠承受的平安水壓，MPa；t——隔水層厚度，m；L——巷道寬度，m；EMBEDEquation.DSMT4——底板隔水層的平均重度，MN/m3；&——底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度，MPa。其次種狀況：采煤工作面EMBEDEquation.3式中止-底板隔水層厚度，m；廣-平安水壓，MPa；2—臨界突水系數(shù)，MPa/nio7；值應(yīng)依據(jù)本區(qū)資料確定，一般狀況下，在具有構(gòu)造破壞的地段按0.06MPa/m計(jì)算，隔水層完整無(wú)斷裂構(gòu)造破壞地段按0.IMPa/m計(jì)算?？芍克坎孪氲V井涌水量的猜想是對(duì)礦坑充水條件的定量描述，猜想涌水量的方法基本依托于當(dāng)?shù)氐V井的水文地質(zhì)資料的齊全與精確，目前我們爭(zhēng)論通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水量的變化，再結(jié)合分析水文地質(zhì)條件建立符合實(shí)際的模型，其結(jié)果才具有有用性，所以通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)并采納先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)的相結(jié)合的方法來(lái)建立數(shù)學(xué)模型在線(xiàn)進(jìn)行分析猜想可知水狀態(tài)。影響涌水量的條件煤礦涌水量也受多種條件影響，主要有：水文地質(zhì)條件對(duì)涌水量的影響⑴礦井水文地質(zhì)條件是影響礦井排水量的關(guān)鍵因素，其中包括含水層厚度、富水性、節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育程度和補(bǔ)給來(lái)源。一般規(guī)律是含水層厚度大，含水性強(qiáng)，四周補(bǔ)給來(lái)源豐富，礦井水涌水量就大，反之那么小。其次是所處的地理位置，一是煤礦平面位置與四周井、泉、河水的關(guān)系，一般離井、泉、河水近，且水利關(guān)系親密，側(cè)向補(bǔ)給來(lái)源大，那么礦坑涌水量就大，反之那么??；二是開(kāi)采煤層與當(dāng)?shù)厍治g面及區(qū)域地下水位關(guān)系，一般是位于當(dāng)?shù)厍治g面和區(qū)域地下水位以下，且補(bǔ)給關(guān)系親密，那么涌水量大，反之那么小；三是與當(dāng)?shù)亟邓?、入滲系數(shù)大,降水可直接轉(zhuǎn)化為礦井水，煤層開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶影響到地面，那么礦井涌水量就大，且季節(jié)性變化明顯，反之那么小。地質(zhì)構(gòu)造特征對(duì)涌水量的影響礦井涌水量的大小與地質(zhì)構(gòu)造，特殊是褶曲斷層有直接關(guān)系，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水、地面水起著重要的掌握與導(dǎo)水作用，但主要打算于褶曲斷層補(bǔ)給來(lái)源豐富程度和斷層兩盤(pán)含水層、隔水層對(duì)接狀況。一般規(guī)律是地質(zhì)構(gòu)造愈簡(jiǎn)單，斷層愈多，開(kāi)采煤層離斷層愈近，補(bǔ)給充分，那么涌水量就愈大。反之構(gòu)造簡(jiǎn)潔，開(kāi)采煤層離斷層愈遠(yuǎn)，補(bǔ)給來(lái)源少，那么涌水量愈小，如大同、平朔等礦區(qū)。煤礦開(kāi)采階段對(duì)涌水量的影響煤礦開(kāi)采不同階段，礦井涌水量變化很大，一般可分為四個(gè)階段：首先，煤礦開(kāi)采初期，即由基建到生產(chǎn)期間，揭露的含水層相對(duì)多，含水層處于飽和狀態(tài),含水性就強(qiáng)，隨著開(kāi)采面積的增大，就會(huì)逐步頂板冒落，溝通裂隙導(dǎo)水帶，煤系頂部含水層中地下水就會(huì)直接滲入礦坑。在有河溝地段煤層淺的礦井，地表水也可能滲入礦坑，礦井涌水量將相對(duì)增大。其次，當(dāng)?shù)V井開(kāi)采進(jìn)入中期以后，一般不會(huì)大面積揭露新的含水層，由于開(kāi)采時(shí)間增長(zhǎng)，含水層水位不斷降低，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩(wěn)定，局部含水層為無(wú)壓，礦井涌水量靠滲入補(bǔ)給，處于補(bǔ)、徑、排平衡狀態(tài)。第三，當(dāng)?shù)V井開(kāi)采進(jìn)入后期，含水層局部被疏干，地表入滲補(bǔ)給量逐步削減，那么礦井涌水量逐步衰減。第四，當(dāng)?shù)V井開(kāi)采進(jìn)入末期（停采），在其影響范圍內(nèi)，礦坑涌水量變小到幾乎沒(méi)有。但是假如停止排水，由于煤系底部有隔水層存在，坑區(qū)逐步積水成為“地下水庫(kù)”。這就是煤礦開(kāi)采涌水量經(jīng)受增大、平衡、衰減、到特別小，逐步恢復(fù)到一般變化的過(guò)程。需要指出的是上述四個(gè)階段是在正常條件下的全部過(guò)程和共性，如構(gòu)造破壞或地表水、巖溶水發(fā)生聯(lián)系，那么可能發(fā)生局部、臨時(shí)的突變，涌水量就增大⑴。大氣降水及地表水對(duì)涌水量的影響涌水量與降水量有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般規(guī)律是:礦井開(kāi)采初期降水量增大,涌水量也增加。在年變化內(nèi)有這種特征，即每年雨季7、8、9月降水量大，礦井涌水量也增加，在淺部這種關(guān)系更為明顯。但到開(kāi)采中期，這種關(guān)系就不明顯了，即降水增加，涌水量增加很少或不增加⑵。開(kāi)采面積對(duì)涌水量的影響煤礦開(kāi)采面積逐年增加，這是由礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)人為因素打算的。在初期礦井開(kāi)采面積與涌水量有相互增長(zhǎng)的規(guī)律，當(dāng)開(kāi)采到達(dá)肯定深度后，無(wú)論開(kāi)采面積是否增加，涌水量將基本保持不變，局部礦井還隨著開(kāi)采深度的增加，向相反的方向進(jìn)展。這是由于礦井涌水量主要受水文地質(zhì)條件等打算。即使有人為因素的干擾，也不能轉(zhuǎn)變上述幾個(gè)階段的基本規(guī)律⑶。開(kāi)采沉陷對(duì)涌水量的影響開(kāi)采沉陷與涌水量有親密關(guān)系，一般是開(kāi)采煤層越厚，貫穿含水層越多，礦井涌水量就增大，其增加大小，主要打算于開(kāi)采深度和巖層含水性。一般在淺部比教明顯，淺部開(kāi)采沉陷后，裂隙導(dǎo)水帶直接影響到地面，既可使地表水、降水直接入滲地下，又可使淺部風(fēng)化帶含水層水流速度增加，快速滲入井下，因而礦井涌水量增加⑷。煤炭開(kāi)采量對(duì)涌水量的影響開(kāi)采量與涌水量一般具有較好的相關(guān)性，在肯定水文條件、地質(zhì)條件、氣象條件下涌水量隨著開(kāi)采量的增加而增加。開(kāi)采初期開(kāi)采量與涌水量一般具有較好的正相關(guān)性，雖然開(kāi)采初期隨著含水層頂板不斷被翻開(kāi)，涌水量會(huì)發(fā)生跳動(dòng)式增長(zhǎng)，但在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)開(kāi)采量與涌水量仍舊表現(xiàn)出較好的正相關(guān)性。而隨著含水層全部被翻開(kāi)，不會(huì)再有新的涌水量突變，同時(shí)已翻開(kāi)含水層的涌水不斷被疏干，開(kāi)采量的增加與涌水量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，即開(kāi)采量增加涌水量下降。當(dāng)煤礦開(kāi)采處于末期時(shí)，礦井水文地質(zhì)變化不明顯，開(kāi)采量也進(jìn)入較穩(wěn)定的時(shí)期，礦井涌水量相比照較平穩(wěn)⑸。由于沒(méi)有精確的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，模擬了煤礦涌水量的數(shù)據(jù)樣式，由于沒(méi)有影響因素的數(shù)據(jù)，所以只建立了基于時(shí)間序列的涌水量猜想模型，供比較。具體試驗(yàn)過(guò)程如下：(1)數(shù)據(jù)的選取與分析為了更有比照性、說(shuō)明性。通過(guò)模擬仿真煤礦涌水量的數(shù)據(jù)384個(gè)，假設(shè)存在煤礦2007—2022年的涌水量數(shù)據(jù)，如圖1T所示。選用小波分解式從某煤礦過(guò)去密集的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)中來(lái)觀測(cè)涌水量變換趨勢(shì)。小波分解式為：EMBEDEquation.3(1)其中，EMBEDEquation.3為尺度函數(shù)；EMBEDEquation.3為小波函數(shù)；EMBEDEquation.3為尺度系數(shù)；EMBEDEquation.3為細(xì)節(jié)系數(shù)。用公式⑴分析選取的384個(gè)數(shù)據(jù)，如圖―2所示，明顯很符合煤礦的涌水量真實(shí)狀況。圖1-12007-2022年涌水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖圖1-22007年-2022年時(shí)間序列(2)猜想模型仿真分析運(yùn)行環(huán)境為：全部程序都是在Matlab2022ra的環(huán)境下仿真的。(2.1)灰色猜想模型灰色理論認(rèn)為一切數(shù)據(jù)都有規(guī)律。筆者選擇GM(1,1)對(duì)樣本數(shù)據(jù)EMBEDEquation.3進(jìn)行累加得到數(shù)據(jù)如下：EMBEDEquation.3,使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)肯定的規(guī)律性，然后擬合數(shù)據(jù)建立白化方程，得到的解為：EMBEDEquation.3(1)其中：EMBEDEquation.3為EMBEDEquation.3序列的估量值，EMBEDEquation.3再對(duì)EMBEDEquation.3做一次累減得到EMBEDEquation.3的猜想值EMBEDEquation.3,即EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3做兩組試驗(yàn)進(jìn)行猜想計(jì)算：(1)數(shù)據(jù)中的前7個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)做為原始數(shù)據(jù)，猜想第8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，仿真結(jié)果如圖2-1。圖2-12022年涌水量猜想結(jié)果相對(duì)誤差均方差為:6.37761338975865BP網(wǎng)絡(luò)猜想模型1水害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述與意義水害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)依據(jù)《煤礦平安規(guī)程》［其次百八十五條］第一款，礦井必需做好水害分析預(yù)報(bào)和充水條件分析，堅(jiān)持猜想預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原那么,建立采掘工作面水害分析預(yù)報(bào)表，并將猜想圖顯示在GIS地圖相應(yīng)位置。表及猜測(cè)圖按《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》附錄六制定，制定模式參見(jiàn)附錄六?！兜V井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十六條明確指出：“在礦井疏干開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行定性、定量分析，可以應(yīng)用“三圖雙猜想法”進(jìn)行頂板水害分區(qū)評(píng)價(jià)和猜想。有條件的礦井可以應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)，進(jìn)行導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度、疏干水量和地下水流場(chǎng)變化的模擬和猜想?！薄兜V井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采納“脆弱性指數(shù)法”或者“五圖雙系數(shù)法”等方法，對(duì)底板突水危急性進(jìn)行綜合分區(qū)評(píng)價(jià)，可以采納比較法、解析法和數(shù)值模擬法等方法估計(jì)最大涌水量。”煤礦水害一般分為突水、涌水兩種狀況。其中，突水有多種類(lèi)型，通常分為頂板突水、底板突水和構(gòu)造型突水，一般突水類(lèi)型，尤以底板突水為主。依據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中明確指出的方法，進(jìn)行本煤礦水文預(yù)警系統(tǒng)方案的制定。主要分為兩局部：頂板水害、底板突水危急性。2突水災(zāi)難形成條件與發(fā)生緣由.1自然地質(zhì)條件我們國(guó)家大約有80%的煤田受暴雨、洪水、江河湖泊、地下水、老窿水等多種水源的嚴(yán)峻威逼;很多煤田地質(zhì)、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,斷裂和導(dǎo)水通道發(fā)育;大局部煤田開(kāi)采深度大,勢(shì)水頭壓力高,不僅簡(jiǎn)潔誘發(fā)突水,而且一旦發(fā)生突水,就特別猛烈的。

灰色BP網(wǎng)絡(luò)猜想模型是基于GM猜想少數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒性好的特點(diǎn)而建立起來(lái)的混合模型，其結(jié)合方式主耍有并聯(lián)型、串聯(lián)型、嵌入型、融合型，筆者選用效果相對(duì)好些的GNNM(1,1)融合型進(jìn)行計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為l-l-6-lo主要公式：EMBEDEquation.3(2)其中，EMBEDEquation.3為輸入?yún)?shù)，EMBEDEquation.3為系統(tǒng)輸出參數(shù)，EMBEDEquation.3為微分方程系數(shù)。具體計(jì)算的具體過(guò)程可參見(jiàn)文獻(xiàn)［3］。由于權(quán)值、閾值隨機(jī)初始化，筆者連續(xù)仿真50次，得到的猜想結(jié)果如圖2-2所示。圖2-22022年涌水量猜想結(jié)果相對(duì)誤差BP網(wǎng)絡(luò)猜想模型小波BP網(wǎng)絡(luò)猜想模型，是取小波對(duì)時(shí)間的敏感性，與BP網(wǎng)絡(luò)的非線(xiàn)性辨識(shí)性結(jié)合在在一起，使小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)時(shí)變環(huán)境的自適應(yīng)學(xué)習(xí)力量和非線(xiàn)性建模力量而建立起來(lái)的一種組合模型［5］。筆者選取母小波基函數(shù)構(gòu)成隱含層結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)為4-6-lo其中：輸入層有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，表示猜想時(shí)間節(jié)點(diǎn)前4個(gè)時(shí)間點(diǎn)涌水量數(shù)據(jù)；隱含層有6個(gè)節(jié)點(diǎn)；輸出層有1個(gè)節(jié)點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)猜想的猜想輸出。網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和小波基函數(shù)在參數(shù)初始化時(shí)隨機(jī)得到。主要公式為：EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3(8)其中：式中，EMBEDEquation.3為隱含層到輸出層權(quán)值，EMBEDEquation.3為輸入信號(hào)序列為；EMBEDEquation.3為輸入層和隱含層的連接權(quán)值；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)EMBEDEquation.3的平移因子；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)EMBEDEquation.3的伸縮因子；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)，本案例采納母小波波基函數(shù)，構(gòu)成了隱含層節(jié)點(diǎn)。EMBEDEquation.3為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)猜想輸出。由于網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和小波基函數(shù)在參數(shù)初始化時(shí)隨機(jī)得到，所以每次猜想的結(jié)果值會(huì)有差異，筆者連續(xù)猜想50次，結(jié)果如下列圖2-3所示。圖2-350次仿真結(jié)果分析(3)爭(zhēng)論由圖2-1,圖2T,圖2-3中，可以看出，在4-5月份，由于原始數(shù)據(jù)規(guī)律性不強(qiáng)，所以無(wú)論是灰色、還是BP網(wǎng)絡(luò)、GNNM(1,1)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，猜想結(jié)果相對(duì)于其它月份的精確率都要低一些?？梢?jiàn)數(shù)據(jù)的選取在做猜想算法時(shí)至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，為了猜想結(jié)果的精確在實(shí)際應(yīng)用中，為了猜想結(jié)果的精確度，數(shù)據(jù)去噪、缺失值處理是很重要的(4)結(jié)論(1)灰色猜想算法：數(shù)據(jù)量少，猜想結(jié)果精確度不高(2)灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)量不大，時(shí)間不長(zhǎng)，精確度較高，結(jié)果比小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)量大，時(shí)間長(zhǎng)，精確度較高，穩(wěn)定性比灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)差所以，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)際數(shù)據(jù)量、時(shí)間要求，選擇合適的模塊進(jìn)行猜測(cè)分析。剖面圖的實(shí)現(xiàn)22222礦井水位（漂?。?shí)現(xiàn)33突水礦床大多分布在氣候暖和潮濕、大氣降水較為充足的地區(qū)。在地貌上一般位于河谷、山間盆地、大型平原、低山丘陵地帶，地形相對(duì)切割程度較弱，地面相對(duì)平坦低洼,一般處在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面上下,有利于大氣降水匯合與徑流。礦區(qū)及其四周有河流、水庫(kù)、湖泊乃至大江、大海等地表水體或有沖溝等臨時(shí)性水流。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,褶皺、斷裂和裂隙發(fā)育,礦體和圍巖地層發(fā)育齊全,巖石物理力學(xué)性質(zhì)相差懸殊,直接頂?shù)装鍘r石強(qiáng)度較低,現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)較劇烈。礦體厚度和規(guī)模變化大,埋藏深,礦層的主要局部位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面或地下水位以下。礦區(qū)和區(qū)域地下水豐富;局部有地下暗河徑流,或規(guī)模較大的老窿積水。礦體頂?shù)装寤驀鷰r的含水層，以碳酸鹽巖的裂隙、巖溶裂隙含水層為主。主要巖溶裂隙含水層，在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)受屢次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和劇烈?guī)r溶化作用，構(gòu)造裂隙、溶蝕裂隙、溶孔、溶洞和溶蝕管道發(fā)育，彼此縱橫交叉,連通性好。滲透性、富水性強(qiáng),含水豐富;而且含水層的延展范圍廣,接受大氣降水和區(qū)域地下水補(bǔ)給面積大,具有巨大的靜儲(chǔ)量和動(dòng)儲(chǔ)量,一般不簡(jiǎn)潔疏干。礦區(qū)位于碳酸鹽巖暴露區(qū)或有薄層第四紀(jì)松散沉積蓋層的隱伏巖溶區(qū)，有巖溶漏斗、落水洞、落水井和巖溶塌陷坑分布,而且與礦層頂?shù)装鍘r溶含水層的裂隙、溶孔、溶洞系統(tǒng)相通。礦區(qū)內(nèi)有切割礦層及其頂?shù)装宓暮畬?或發(fā)育有斷距較大的張性含水導(dǎo)水?dāng)嗔选５V層及其頂?shù)装搴畬又g,或含水層與地表水體（包括大氣降水后的片流、臨時(shí)徑流及洪水）之間，因沉積間斷、斷層、溶洞、巖溶陷落柱、落水洞、巖溶漏斗、巖溶塌陷等發(fā)生直接或間接溝通,而具有較強(qiáng)的水力聯(lián)系。礦層頂?shù)装宓暮畬訛槌袎汉畬?所含地下水有很高的承壓水頭,相對(duì)于礦層（體）頂?shù)装宓膯挝幻娣e水壓力高。.2人為條件目前,我們國(guó)家煤礦管理水平、生產(chǎn)技術(shù)和災(zāi)難防治力量還比較差,特殊是礦業(yè)秩序比較混亂,大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體小煤礦,不僅生產(chǎn)技術(shù)水平落后,而且無(wú)證開(kāi)采和違規(guī)生產(chǎn)特別嚴(yán)峻，使突水及其他礦難事故難以得到有效掌握皿⑵。水文地質(zhì)勘探程度不夠,水文地質(zhì)資料的具體牢靠程度較低，即使是詳查階段獲得的資料也存在較大誤差；尤其是對(duì)與礦層（體）并無(wú)明顯直接關(guān)系的地表水、含水豐富的巖溶含水層水對(duì)礦床開(kāi)采的影響，未予充分評(píng)價(jià);甚至水文地質(zhì)邊界條件不明,礦井（坑）涌水量猜想存在較大誤差。大量地質(zhì)及水文地質(zhì)勘查鉆孔洞穿礦層及其頂?shù)装搴畬优c隔水層后，起到人為溝通作用；一些未封閉或封孔質(zhì)量不好的鉆孔,往往成為礦床開(kāi)采的地下水通道。井、巷的空間布置不夠合理，礦井及礦坑地面排水、泄洪不暢。開(kāi)采條件下，由于礦一井（坑）長(zhǎng)期排水和礦層采空引起頂?shù)装鍘r石變形位移,礦區(qū)地面發(fā)生下沉、裂縫、巖溶塌陷等。開(kāi)采條件下,礦區(qū)地下水雖經(jīng)長(zhǎng)期排水疏干，但穩(wěn)定的排水降落漏斗始終未完全形成,降落漏斗的浸潤(rùn)曲線(xiàn)陡、水力坡度大,因此對(duì)礦床開(kāi)采有嚴(yán)峻威逼的主要含水層的地下水,基本未受礦山排水影響,潛水位或承壓水位基本未變,相對(duì)于生產(chǎn)巷道,仍有很大的水位差、壓力差,對(duì)采礦井巷仍存在很大威逼。礦床大規(guī)模開(kāi)采條件下，由于井巷工作面推動(dòng)和巖礦石大量采空,礦層及其直接頂?shù)装鍘r層之間的地應(yīng)力平衡受到破壞,井巷及采空區(qū)因地應(yīng)力解除而受到巨大的礦山壓力，因此使井巷及采空區(qū)的頂、底板及邊部巖石變形位移,并形成大量新生張性裂隙、剪切裂隙的采礦裂隙帶,溝通了巷道與礦層頂?shù)装搴畬拥穆?lián)系。礦區(qū)存在廢棄的古洞坑和采空區(qū),未經(jīng)具體勘測(cè),進(jìn)入老采空區(qū)采煤。隨便堆棄煤肝石而堵塞山谷、河床,洪水爆發(fā)導(dǎo)致灌井。違規(guī)生產(chǎn)如井口位置不當(dāng)；防水煤柱太薄或亂采濫挖破壞防水礦柱;采掘生產(chǎn)中，覺(jué)察透水預(yù)兆不進(jìn)行探水防水等。礦山水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善,地下水動(dòng)態(tài)及突水災(zāi)難猜想預(yù)報(bào)力量差。礦井防水搶救設(shè)施缺乏，設(shè)計(jì)泵房的最大排水量與可能消失的最大涌水量相差太大。沒(méi)有有效的災(zāi)難預(yù)案,面對(duì)消失的突水危急，管理人員不能實(shí)行堅(jiān)決有效措施加以防治;礦工缺乏救災(zāi)學(xué)問(wèn)O爭(zhēng)論的目的和意義隨著科技進(jìn)展和對(duì)煤炭資源需求量的增加，深部綜采程度不斷提高。一方面對(duì)深部的礦壓增大，承壓水的水頭壓力也越來(lái)越大;一方面，隨著開(kāi)采范圍擴(kuò)大,礦井水文地質(zhì)條件中的不確定因素也隨著面積擴(kuò)大而增多，潛在危急性也隨之加大;第三，機(jī)械化綜采要求的條件較高，需要疏干頂板含水層；同時(shí)帶壓開(kāi)采成為受底板灰?guī)r承壓水威逼煤層開(kāi)采的主要方法，為底板涌突水爭(zhēng)論提出了更高更迫切的要求。因此，認(rèn)清煤礦頂板、底板涌、突水問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)狀況，爭(zhēng)論其猜想預(yù)報(bào)方法，實(shí)行有效的防治措施，對(duì)于確保煤礦平安生產(chǎn)，保障我們國(guó)家煤炭工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2頂板水害文獻(xiàn)論文爭(zhēng)論很多，但文獻(xiàn)中涉及的數(shù)據(jù)，現(xiàn)實(shí)中一般很難采集，歷史數(shù)據(jù)更難收集。在《煤礦水文地質(zhì)規(guī)程》中，已經(jīng)明確給出了平安隔水層厚度和突水系數(shù)計(jì)算公式，具體公式詳見(jiàn)附錄三；平安水頭壓力值計(jì)算公式，具體公式詳見(jiàn)附錄四。突水猜想的具體流程與實(shí)現(xiàn)，《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中提及的方法還在調(diào)研中。頂板水為疏干對(duì)象，因來(lái)源不同，水量大小不一，通常由每小時(shí)幾方到數(shù)百方不等，或更大，對(duì)礦井正常開(kāi)采影響較大。“三圖雙猜想法”由中國(guó)礦業(yè)高校武強(qiáng)教授創(chuàng)造，于2022年申請(qǐng)專(zhuān)利，并于2022年12月21日，由《水文地質(zhì)規(guī)程》正式認(rèn)定為進(jìn)行頂板水害評(píng)價(jià)與猜測(cè)的有效方法。故本方案水文水害預(yù)警中的底板局部采納本方法進(jìn)行制定。2.1三圖雙猜想法概念《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十六條明確指出：“在礦井疏干開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行定性、定量分析，可以應(yīng)用“三圖雙猜想法”進(jìn)行頂板水害分區(qū)評(píng)價(jià)和猜想。有條件的礦井可以應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)，進(jìn)行導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度、疏干水量和地下水流場(chǎng)變化的模擬和猜想?！备拍睢叭龍D雙猜想”法，是中國(guó)礦業(yè)高校（北京）武強(qiáng)教授依據(jù)多年的爭(zhēng)論理論、閱歷、成果，在解決制約我們國(guó)家華北型煤田煤炭工業(yè)可持續(xù)進(jìn)展的主要水患實(shí)踐過(guò)程中，提出的煤層頂板水害評(píng)價(jià)的方法，是解決煤層頂板充水水源、通道和強(qiáng)度三大問(wèn)題的頂板水害評(píng)價(jià)方法。頂板“三圖雙猜想”法在盡可能挖掘采用勘探、開(kāi)采己有基礎(chǔ)資料的前提下，應(yīng)用多源地學(xué)信息復(fù)合爭(zhēng)論方法，相互印證，避開(kāi)了基巖含水層的非均質(zhì)和各向異性特征以及其他多種因素的干擾影響，和由于含水層富水性條件相當(dāng)簡(jiǎn)單，富水程度不同位置多變，導(dǎo)致所得結(jié)論存在的局限性和片面性。到達(dá)對(duì)基巖充水含水層富水性綜合分區(qū)評(píng)價(jià)的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采動(dòng)前、后的頂板水量進(jìn)行猜測(cè)⑼。“三圖”是指：煤層頂板充水含水層富水性分區(qū)圖、頂板冒裂平安性分區(qū)圖和頂板涌（突）水條件綜合分區(qū)圖；“雙猜想”是指：頂板充水含水層預(yù)處理前、后回采工作面分段和整體工程涌水量猜想“一力。算法流程采用GIS強(qiáng)大的空間信息處理力量，對(duì)各種圖形信息進(jìn)行量化；用AHP法對(duì)各因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出各因素對(duì)總目標(biāo)的影響權(quán)重。再應(yīng)用GIS的空間復(fù)合疊加功能對(duì)AHP的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，以直觀的富水性分區(qū)圖和冒裂平安分區(qū)圖疊加，生成頂板涌突水條件危急性分區(qū)圖。依據(jù)材料基于礦井基礎(chǔ)資料，特殊是鉆孔資料、抽水試驗(yàn)資料，是充分挖掘各種地質(zhì)資料的信息從而疊加出最終成果。因此，礦區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料特別重要。2.2基于GIS的AHP方法的富水性分區(qū)圖實(shí)現(xiàn)AHP：層次分析法（AnalyticHierarchyProcess,簡(jiǎn)稱(chēng)AHP法），是一種定性與定量相結(jié)合的多準(zhǔn)那么決策（評(píng)價(jià)）方法。它是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家教授于20世紀(jì)70年月提出的一種簡(jiǎn)便、敏捷而有用的多準(zhǔn)那么決策方法，是將半定性、半定量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題的有效途徑。2.2.1實(shí)現(xiàn)步驟第一步：由用戶(hù)依據(jù)專(zhuān)家閱歷對(duì)所在煤礦的主要掌握因素進(jìn)行分析，在水文災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)上建立“煤層直接充水含水層層次分析結(jié)構(gòu)圖二結(jié)構(gòu)圖的主要構(gòu)成形式如圖3-1所示。

圖3T煤層直接充水含水層層次分析結(jié)構(gòu)圖其中：A層為模型的目標(biāo)因素，即含水富水性的最終目的；B層：打算富水性的相關(guān)因素，但其影響方式還需通過(guò)與其相關(guān)的具體因素來(lái)表達(dá)，這是解決問(wèn)題的中間環(huán)節(jié)，亦即模型的準(zhǔn)那么層（次）；c層：各個(gè)具體的主控因素指標(biāo)，即本模型的決策層（次），通過(guò)對(duì)該層次問(wèn)題的決策，即可最終到達(dá)所要求解的目標(biāo)。軟件實(shí)現(xiàn)：在頁(yè)面建立文本框，提示指導(dǎo)用戶(hù)自行錄入。此圖將爭(zhēng)論對(duì)象劃分為3個(gè)層次，在實(shí)際工程中，用戶(hù)可以依據(jù)煤礦實(shí)際狀況在頁(yè)面文本框中輸入數(shù)據(jù)建立多層結(jié)構(gòu)。其次步：建構(gòu)推斷矩陣。依據(jù)第一步，領(lǐng)