基于matlab的煤层底板突水预测系统
Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ｗａ ｅ ｒ ｓ ｒ ｍ ｏ ｌｓ ａ ｆｏ ｒ ｉ ｈ ａ ｅ ｅ ｓ ｆｗａ ｅ ｓ ｓｅ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏ ｖ ｒ ｂ ｅ ｉ ｆ ｒ ｃ ｓｉ ｔ ｒｉ ｕ ｈ ｆｏ ｃ ａ ｅ ｍ ｏ ， ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒａ ｎ ｗ ｏ ｔ ｒ ｙ ｔ ｍ ｈ ｎ ｎ ｎ ｌ ｆ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｏ ｔ ｒｉ ｒ ｓ ｒ ｍ ｅ ｍ ｏ ｒｉ ｅ ｅ ｏ ｅ ＡＴ ｏ ｅ ａ ｔ ｆｗａ ｅ ｎ ｕ ｈ ｆ ｏ ｓ ａ ｆ ｏ ｓ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｉ Ｍ ｎ ｌ ｎ ＬＡＢ ｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓ ｏ ｅ ｆ ｒ ｃ ｓ ｙ ｔ ｍ ｆｗａ ｅ ｏ ｈ ａ ｉ ｆｔ ｏ ｅ ａ ｔｓ ｓ ｅ ｏ ｔ ｒ ｈ ｉ ｒ ｓ ｒ ｂ ｂ ｌｔ ｎ ｅ ｅ ． ａ ｓ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｌ ｔ ｆｄ ｔ ｕ ｈ ａ ｅ ｌ ｇ ， ｙ ｒ ｇ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｎ ｕ ｈ ｐ ｏ ａ ｉ ｙ ｉ ｄ ｘ ｓ Ｂｙ ｍｅ ｎ ｆａ ａ ｙ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｏ ｓｏ ａ ａ ｓ ｃ ｓ ｇ ｏ ｏ ｙ ｈ ｄ ｏ ｅ ｌ ｇ ｎ ｉ
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翟培合 肖艳 丽 ， ，施龙 青 ， 肖林 通 ，李 明星 ，于相 青
（．山东省沉积成矿作用 与沉积矿产重点实验 室，山东科技大学地质科 学与工程学院，山东 １ 青岛 ２ ６９ ；２ ６ ５ ０ ．中国石化胜利石油管理局钻 井工程技术公 司泥浆公 司， 山东 东营 ２ ７６ ） ５０４
摘 要 ：针对 当前 煤层 底板 突 水预 测存 在 的 问题 ，在 突水概 率 指数 法预 测预 报 系统 的基础 上 ，用 ｍａｌ 开发 出了一 套新型煤 层底板 突 水预 测 系统软件 。通过对 地质 、水文地 质等信 息数据 进行 分 ｔｂ ａ 析 处理 ，从 而确 定导致煤 层底板 突水的主控 因素 及次 级影响 因素 ，并分 别赋 予其相应 的权 重值 ， 将 各 因素在底 板 突水 中所起 的作 用 定量化 。特 别是对 于不 同矿 区不 同控 制 因素 的影 响 ，其相 应权 重值 的大 小可 以灵 活 改变 。建 立赋权 求和 数 学模 型 ，绘 制 出各个 主要控 制 因素 的 专题 图，并根据
各 个主要 控 制 因素 的 不同权 重值 ，叠合绘 制 出底 板 突水概率 指数 法 突水分 区图 。同时计 算 出煤 层
底 板 突水概 率指数 。将 系统软件 应用 于工程 实际，预测效 果 与实 际情况相 吻合 。
关 键 词 ：ｍａｌ ；底板 突水预 测 系统； 突水概率指 数 法；权 重；软件 ｔｂ ａ 文献标识码 ：Ａ ＤＯ ： ０３ ６ ￣ｉ ｎ １０ ．９ ６２ １ ．３０ ０ Ｉ １ ．９ ９ ． ｓ．０ １１８ ． ２０ ．１ ｓ ０ 中 图分 类号 ：Ｔ ７ ５ Ｄ ４
第４ ０卷 第 ３期 ２１ ０ ２年 ６月
煤 田地质 与勘 探
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文章编 号： ０ １１８ （０ ２０ —０ ００ １０ ．９ ６２ １）３０ ４ —４
基 于 ｍａｌｂ的煤 层底板 突水 预测 系统 ｔ ａ
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浅谈MATLAB在煤田地质勘探中的应用
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势分析结果为源物质来 源于勘探 区西南水流方向 自西南向东北 ， ２ ０ ，（ ：２ ４ ． 剩 ０ ６ ４１ ４ － ３ ） 余 图分析结果显示在勘探 区中偏东北方为沉积区。这与实际相符。 【］包惠明， ２ 胡长顺． 溶地 面塌 陷神 经 网络预测［． 岩 Ｊ 工程地质 学报 ， ］ ③判别分析 ： 在煤层对 比等方面 ， 判别分析可以作为一种研究手段。 ２ ０ ，ｏ３：９ — ０ ． ０ ２ ｌ（）２ ９ ３ ４ 在煤 田地质方面多以应用二类判别分析为主 ， ０ 类判别分析程 【 武健强 ， 编带一 Ｉ － ３ 】 余勤． 神经网络技 术在地 面沉降区划 中的应用研究【． Ｊ 江 ］ 序的参数 ： 数据 矩阵 Ａ； 数据矩 阵 Ｂ； 内协方差 矩阵 Ｃ， 量个数 苏地质 ，０３３：７ — ７ ． 组 变 ２ ０ （）１ １ １４ ｎＦｓｅ分 离变量 Ｉ马氏距离 Ｄ； ；ｉ ｒ ｈ ； 判别 函数系数 ｅ判别值 Ｙ 。计算 ； ０
科 技论 坛
・ ９・ ８
浅谈 ＭＡ Ｌ Ｂ在煤 田地质勘探 中的应用 Ｔ Ａ
王 明娟
（ 山西 中新 小梁沟煤业有限责任公 司， 山西 大同 ０ ７ ０ ） ３０２ 摘 要： 结合煤 田地质勘探 的具体 实践 ， 曲线拟合与线性回归分析 、 势面分析、 从 趋 判别分析和 图形的绘制等方面进 行 了分析 和比较 。 应用 Ｍａａ ｔｂ软件进行对各种地质 资料 的处理 ， ｌ 方便 快捷 ， 大大提 高了数据分析和 图件绘制的速度和精度 。随着 Ｍ ｔ ｂ技术的发展 ， ａｌ ａ 其在
基于MATLAB优化煤矿排水系统的模糊控制
NB NS Z PS PB
零 零 零 小 小
零 零 小 小 中
小 小 中 中 中
中 中 大 大 很大
中 大 大 大 很大
大 大 很大 很大 很大
根据控制状态表可以采用以下方法得到模糊控制的总模糊关系矩阵：
R R1 R 2 R i
式中：R 为总模糊关系；Ri 为每条规则的模糊关系。每条规则所代表的模糊关系，可用下面方法得到：
图 4 水位差变化率变量 EC 隶属度 Figure 4 Water level variety the rate change to measure EC to belong to a degree
2 量化关系
根据现场集水井工作情况， 集水井最大深度为 6m， 要求水位变化范围在 1.5m~5.5m 之间，
图 5 输出控制量 U 隶属度 Figure 6 Output control quantity the U belong to a degree
2.2 模糊控制规则
根据相关资料及与现场操作人员的经验总结，可以得到表 2-2 所示控制状态表。
表 2-1 控制状态表
U E C
E
NB
NM
NS
PS
PM
PB
基于 MATLAB 软件的 fuzzy-logic 仿真技术 优化煤矿排水系统的控制
钱宏琦 陈海虹 张慧慧 尹存红 1 贵州大学机械工程学院 贵州 贵阳 550003
摘
要
模糊控制技术适用于煤矿排水系统的非线性状态的控制。基于 MATLAB 软件的 fuzzy-logic 仿 真技术，可优化排水系统参数，以获得较理想的控制效果。
图 6 模糊推理系统输出特性曲面
Figure 6
matlab水文预报课程设计
matlab水文预报课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水文预报的基本概念，掌握利用Matlab进行水文预报的基本原理；2. 学生能掌握Matlab编程基础，运用相关函数和工具箱进行水文数据的处理和分析；3. 学生能掌握建立和优化水文预报模型的方法，并运用模型进行洪水预测。
技能目标：1. 学生能运用Matlab软件收集和整理水文数据，进行数据预处理；2. 学生能编写简单的Matlab程序，实现对水文数据的可视化分析；3. 学生能运用Matlab建立水文预报模型，对实际案例进行模拟和预测。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对水文预报的兴趣，增强环保意识和水资源管理观念；2. 学生通过团队协作解决问题，培养合作精神和沟通能力；3. 学生在解决实际问题的过程中，培养勇于探索、积极创新的精神。
课程性质：本课程为应用性实践课程，以Matlab软件为工具，结合水文预报理论，培养学生实际操作和解决问题的能力。
学生特点：学生已具备一定的水文预报知识和Matlab基础，具有较强的学习兴趣和动手能力。
教学要求：教师需引导学生将理论知识与实际应用相结合，注重培养学生的实际操作能力和创新思维，提高学生的水文预报技能。
在教学过程中，关注学生的学习进度和反馈，及时调整教学方法和内容。
通过课程学习，使学生能够独立完成水文预报模型的建立和优化，为实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 水文预报基本概念：介绍水文预报的定义、意义、方法及在水资源管理中的应用。
教材章节：第一章 水文预报概述2. Matlab软件入门：讲解Matlab软件的基本操作、数据类型、矩阵运算和编程基础。
教材章节：第二章 Matlab基础3. 水文数据处理：学习利用Matlab进行水文数据的收集、预处理、可视化分析等操作。
教材章节：第三章 水文数据处理4. 水文预报模型：介绍常见的水文预报模型及其原理，如ARIMA模型、SVM 模型等。
教材章节：第四章 水文预报模型5. Matlab在水文预报中的应用：讲解如何利用Matlab软件建立和优化水文预报模型。
煤田地质勘探中Matlab的应用
为研 究某一地质特 征 的区域性变化 规律 和局部 范 围的异 常变化 ， 常用趋势面分析方法来 处理 地质 问题 。用 Ｍａ ａ ｔ ｂ处理 ｌ 的过程就 是进 行多个变量函数 的曲线拟合过程 。具体过程为 ： 输入 原始 数据 ， 建立趋 势方程， 计算趋势值 和偏 差值 ， 分析图 作 和剩余 图。如在某勘探区 中 １ｋ ｘ ５ ｉ 范 围内， ５ ｍ ｌｋ ｎ 选择 １ ５个观 测 点测量 某煤层顶板的砂岩 的粒度 ， 根据数据绘制二 次趋 势 图 和 剩 余 图 ， 图 １ 图 ２ 见 、 。
２２１ 曲 线拟 合 与 线 性 回 归分 析 ．． 回归分析 是数理统 计的分支 ，在解 决地质 问题 中广泛应 用， 如求 经验 公式、 确定最佳 生产 条件 、 进行地 质现象的分析和
预测等 。通常情况下 由于已知数 据个数大于未知系数 的个数 ， Ｍ ｔ ｂ在确 定系数的过程用除法运算符“” ａｌ ａ ＼或者“” ／来得到 。在 煤质分析 、 煤层质量 分析 中只 有一个变 量 的情况 下 ， 首先根据 原始数据 画出其分布 图， 根据分布特 征， 选择拟合 函数， 建立 回 归矩 阵， 通过 除法运算符“ ” ＼即可求 出函数的拟合系 数， 也就 求 出了这些数据 函数 的拟 合模型 ，如果拟合结果不是 十分理想 ， 或希望增加精度 ， 以通过 增加 阶数或者改用其它 函数来 进行 可 拟合 。
地 质 ，０ ３ ３ ． ２ ０ （）
（ 作者单位 ： 东省第八地质矿产勘查 院） 山
图 ２ 勘 探 区 煤 层顶 板 砂岩 粒 度剩 余 图
二次趋 势分析 结果为源物 质来源 于勘探 区西南 水流方 向 自西南 向东北， 剩余 图分 析结果显示在勘探区 中偏东 北方 为沉 积 区， 这与实际相 符。 ２２３ 判别分析 ．． 在煤层对 比等方面 ， 判别分析可 以作 为一种研究手段 。在 煤 田地质 方面 多以应用二类判别分析 为主 ， 编制二类判别 分析 程序 的参数 ： 数据 矩阵 Ａ； 据矩 阵 Ｂ 组 内协方差矩 阵 ｃ 变量 数 ； ， 个数 ｎ Ｆｓｅ 分离变量 Ｉ马 氏距离 Ｄ； ；ｉ ｒ ｈ ； 判别函数系数 ｅ 判别值 ； Ｙ 。计算判别值 Ｙ ， ０ ０ 根据未知样 品的 Ｙ值即可判别归类。 ２２４ 图形 的绘 制 ．． 利用 Ｍ ｔ ｂ软件 可 以进行 二维 的等值线 图、 方 图、 ａｌ ａ 直 面积 图、 饼状 图 、 柱状 图， 离散数据 图形的绘制 和三维 的等值线 图、 网格 图和 曲面 图的绘制 。三维 图可 以利用 ｃｍ ｒ ａ ｅａ属性 ， 图形 对 的观 察点 、 观察 目标点 、 观察 目标点 的上轴 ， 视野范 围的设定 ， 即可 对图形进行缩放 、 按任意角度旋转等 。可 以直接 利用 图形 窗 口中工 具栏 中的 ｉｓｒ添加 文本 如孔号、地质点编号等及标 ｎｅｔ 高、 字说 明； 文 添加地 质剖面 线 、 勘探线及 各种短线 ， 用添加 利 箭头添加方位标注等 。利用 工具栏中的 ｅｉ进行 图形 的复制、 ｄｔ
带压煤层底板构造致灾突水水量预测方法初探
带压煤层底板构造致灾突水水量预测方法初探牟林【摘要】由于底板构造突水水量的难以预测性，生产中常用底板疏降水量代替突水水量，导致矿井防排水系统建设的主要依据可靠度偏低。
以霍州煤电集团大水矿区为例，分析了矿井正常涌水量、最大涌水量和突水水量的区别与联系，基于含水层补给能力和导水通道的过水能力两方面因素，构建了断裂和陷落柱2种导水通道的突水水量预测模型，提出了适用于构造突水情况的矿井涌水量预测修正方法。
以霍州矿区2个矿井的资料为例进行验证，结果表明基于含水层补给能力的突水预测模型更符合实际突水情况，该矿区构造类突水水量的决定因素为含水层富水性。
考虑底板突水因素，提出了矿井抗灾指标的计算方法，提高了抗灾系统指标的可靠性。
%It is difficult to predict water inflow of water-burst induced by floor tectonic, so in practice, water-burst inflow was substi-tuted by floor dewatering inflow, which made reliability of main basis of dewatering system construction low. Taking Dashui mining area as an example, difference and relationship of normal water inflow, maximum water inflow and burst water inflow was ana-lyzed. Prediction model of water burst inflow from fault and collapse column was set up based on aquifer water-supply capacity and dis-charge capacity. Observation data from 2 mines in Huozhou mining area showed that the prediction model of aquifer water-supply was accordance with the truth. The key factor of water burst inflow was watery of aquifer. Considering floor water burst factor, modification method of calculating mine disaster prevention index was put forward, which improved reliability of disaster prevention index.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P85-89,80)【关键词】突水;水量预测;陷落柱;断层【作者】牟林【作者单位】中煤科工集团西安研究院，陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD742［引用格式］牟林.带压煤层底板构造致灾突水水量预测方法初探［J］.煤矿开采，2015，20 (2) : 85－89.我国华北型煤田大水矿区典型的突(透)水形式主要包括小煤窑透水、顶板含水层透水、底板含水层突水3种［1］。
Matlab技术在煤矿安全监测中的应用指南
Matlab技术在煤矿安全监测中的应用指南煤矿是中国能源行业的主要组成部分，也是国家经济发展的关键支撑。
然而，煤矿作业环境的特殊性和风险性使得矿工的安全问题成为一个不容忽视的挑战。
为了加强煤矿安全监测工作的效果，提高煤矿的运营效率和矿工的工作安全，近年来，Matlab技术在煤矿安全监测中得到了广泛应用。
一、Matlab技术在传感器数据处理中的应用在煤矿安全监测中，大量的传感器被广泛应用于监测矿井的温度、湿度、氧气含量、甲烷浓度等参数。
传感器所采集的数据需要经过处理和分析才能得到有用的信息。
Matlab技术提供了一系列强大的信号处理和数据分析工具，可以对传感器数据进行滤波、降噪、特征提取等处理。
通过Matlab的图像处理工具箱，可以对传感器采集的图像数据进行边缘检测、图像分割等操作，从而提取出有用的特征信息。
二、Matlab技术在矿井智能监控系统中的应用矿井智能监控系统是煤矿安全监测的重要组成部分，它通过人工智能、图像识别等技术对矿井各个位置进行实时监测和预警。
其中，Matlab技术在矿井智能监控系统的开发和优化中发挥了关键作用。
Matlab提供了一整套强大的机器学习和深度学习工具，可以用于矿井中图像数据的自动分析和处理。
通过构建合适的模型和算法，可以实现对矿井图像数据的目标检测、识别和跟踪，从而准确判断矿井中是否存在危险情况。
三、Matlab技术在煤矿瓦斯爆炸预测中的应用瓦斯爆炸是煤矿安全中最为严重和常见的事故之一。
为了预测和避免煤矿瓦斯爆炸事故的发生，Matlab技术被广泛应用于瓦斯浓度预测和预警系统的建立。
通过对历史煤层气体浓度数据的分析和建模，可以使用Matlab的时间序列分析工具箱对瓦斯浓度的变化趋势进行预测。
同时，利用Matlab的数据可视化工具，可以将预测结果以图表的形式呈现，便于矿工和管理人员对瓦斯浓度趋势进行实时监控。
四、Matlab技术在煤矿生产管理中的应用除了在安全监测方面的应用，Matlab技术还可用于煤矿的生产管理中。
基于MATLAB模糊聚类分析法治理矿井水害
在医学、图像处理、模式识别、社会科学和其他领域，模糊聚类分析都发挥着 不可或缺的作用。
方法与步骤
使用MATLAB进行模糊聚类分析需要遵循以下步骤：
1、数据准备：首先需要将待处理的数据整理成适合进行聚类分析的格式。 MATLAB提供了各种工具和函数来读取、处理和可视化数据。
2、算法选择：MATLAB提供了多种模糊聚类算法，如Fuzzy C-Means（FCM）、 Generalized Fuzzy C-Means（GFCM）等。根据具体应用场景和数据特点选 择合适的算法。
步骤7：输出结果
最后，输出聚类结果。可以使用MATLAB的绘图功能来可视化聚类结果，也可 以将聚类结果保存到文件中。
在MATLAB中实现模糊聚类分析算法时，需要注意一些细节问题。例如，模糊 相似矩阵的计算量较大，可以使用一些快速算法来加速计算过程。另外，在更 新聚类中心时，可以使用不同的聚类分配策略来确定每个对象的簇归属。
4、聚类分析：将提取出的特征 数据进行模糊聚类分析
1、数据预处理：首先对收集到的数据进行清洗和处理，以去除无效和冗余数 据，确保数据的质量和准确性。
2、数据标准化：为了消除不同量纲对聚类结果的影响，采用标准化方法将数 据转化为无量纲指标，使各指标具有相同的权重。
3、距离计算：采用欧几里得距离算法计算不同样本之间的距离，以评估样本 之间的相似程度。
基于MATLAB模糊聚类分析 法治理矿井水害
01 摘要
03 方法
目录
02 引言 04 参考内容
摘要
矿井水害是煤矿生产中的一项重要灾害，直接威胁到矿工的生命安全和煤炭生 产。为了有效治理矿井水害，本次演示提出了一种基于MATLAB模糊聚类分析 的方法。该方法通过数据采集、数据处理、特征提取和聚类分析等步骤，
利用MATLAB神经网络进行煤与瓦斯突出预测的研究
收稿日期:2004-03-26基金项目:/十五0国家科技攻关重点项目(2001BA803B0403)作者简介:熊亚选(1977-),男,河南原阳人,硕士研究生,助教,在河南理工大学资源与材料工程系工作,现主要从事煤与瓦斯突出预测及防治方面的学习和研究。
利用MATLAB 神经网络进行煤与瓦斯突出预测的研究熊亚选,程 磊,蔡成功,张进春(河南理工大学资源与材料工程系,河南焦作 454000)摘 要:从煤与瓦斯突出的机理出发,考虑煤与瓦斯突出的综合影响因素,利用MATLAB 神经网络工具箱,在VC++中嵌入M ATLAB 神经网络模块,建立了能够准确预测煤与瓦斯突出的神经网络预测模型,并制成了相应的预测软件。
应用该软件进行实际检验,预测结果完全与实际相吻合,可以用来准确预测工作面煤与瓦斯突出。
关键词:突出机理;突出预测;MATLAB 神经网络;煤与瓦斯突出中图分类号:TD712+15 文献标识码:A 文章编号:1671-0959(2004)11-0070-03Research on outburst prediction based on MATLAB .s ANNXIONG Ya -xuan;CHENG Lei;CAI Cheng -gong;ZHANG Jin -chun(Jiaozuo Institute of Technology,Jiaozuo 454000,Ch i na)A bstract:Based on the mechanism of coal and ga s outburst and comprehensive factors affecting c oal and gas outburst,by MA TLAB .s ANN tools MATLAB .s ANN model is embedded in VISUAL C++program and a ANN prediction model that c ould predict coal and gas outburst events is made.Then the model is used in actual engineering practice.The prediction re sults are identical with ac tual results.So we conc lude that it c an be used to predict coal and gas outburst precisely in actual engine ering.Keywords:mechanism of outburst;outburst prediction;MAT LAB .s ANN;coal and gas outburst煤与瓦斯突出是自然界一种复杂的动力现象,是矿井生产过程中最重要的自然灾害。
评价煤层顶板涌(突)水条件的“三图双预测法”
评价煤层顶板涌（突）水条件的“三图-双预测法”摘要：针对我国煤矿日益严重的顶板涌（突）水问题，提出了解决煤层顶板涌（突）水条件定量评价的“三图-双预测法”，并在开滦荆各庄矿和东欢坨矿得到成功的应用.在对荆各庄矿煤9顶板直接充水含水层的富水性和开采顶板冒落的安全性进行分区研究的基础上，运用多源地学信息复合叠加原理，提出了煤9顶板冒落涌（突）水条件综合分区的划分方案.最后运用国际先进的VisualModflow专业软件对即将回采的2099，2393两工作面的工程涌水量和顶板直接充水含水层的采前预疏放方案进行了动态预测.关键词：“三图-双预测法”；顶板涌（突）水条件；工程涌水量预测；多源地学信息复合分类号：TD742文献标识码：A文章编号：0253-9993(2000)01-0060-06“Threemaps-twopredictions”methodtoevaluate waterburstingcoditionsonroofcoalWUQiang,HUANGXiao-ling,DONGDong-lin(BeijingCampus,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing 100083,China)YINZuo-ru,LIJian-min,HONGYi-qing,ZHANGHou-jun (KailuanMiningBureau,Tangshan063018，China)Abstract：Inthelightofmoreandmoreseriouswaterburstingproblemsonroofofcoallayer s,anewmethodwhichiscalledas“threemaps-twopredictions”isputforwardfir stly.Themethodhasbeensuccessfullyappliedtosolvetheroofwaterburstingpr oblemsatJinggezhuangandDonghuantuoCoalMineinKailuan.Onbasisofdivisi onresearchsforaquiferwater-enrichmentandinbreakinsafetyofcoalseamNo. 9inJinggezhuangCoalMine,thefinalcomprehensivedivisionprogramofwater burstingconditionsispresentedthroughoverlappingofmultiplesourcegeo-inf ormation.Finally,bothwaterburstinginflowsofminingfaces2099and2393and beforehanddewateringprogramforthewater-fillingaquiferarepredictedbyuti lizingadvancedprofessionalsoftwareVisualModflow.Keywords：“theremaps-twopredictions”;waterburstingconditionincoalroof;prediction ofengineeringinflow;overlappingofmultiplesourcegeo-information▲煤层底板突水问题一直是困扰华北型煤田煤炭工业可持续性发展的主要水患，其顶板水问题可用留设有效防水煤柱措施加以解决.但是，随着矿山开采深度逐渐加大和下组煤开采，顶板冒落沟通上覆含水层而导致顶板涌(突)水灾害发生或恶化工作面生产环境的实例日益增多，例如开滦矿务局目前近一半的生产矿井遭受顶板水害的严重威胁.以荆各庄矿为例，该矿自1979年正式投产以来，共发生了3次大的突水事故，均为煤9顶板突水，突水水源是煤9上覆的煤5顶板砂岩裂隙含水层，其最大突水量高达44m3/min，造成工作面整体被淹，生产被迫终止.另外，根据目前矿井涌水量实测资料统计，荆各庄矿煤5顶板砂岩裂隙水占矿井总涌水量的50%左右，即将开采的2099和2393工作面正位于断层带附近，故上覆充水含水层对矿井安全生产威胁很大.因此，如何解决煤9回采的顶板涌(突)水条件定量评价问题，对扭转荆各庄矿目前煤炭生产的被动局面具有极其重要的理论指导意义和实用价值.笔者根据多年工作实践，提出了解决煤层[换行]顶板涌(突)水灾害定量评价的“三图-双预测法”，即顶板直接充水含水层的富水性分区图、顶板冒落安全性分区图、顶板涌(突)水条件综合分区图及回采工作面整体和分段工程涌水量预测、顶板直接充水含水层采前预疏放方案预测.其中涌(突)水条件综合分区图由富水性和冒落安全性分区图复合叠加而成.1矿井水文地质背景根据对荆各庄矿井水文地质条件的系统综合分析认为，与煤9顶板突水关系密切的主要充水含水层为煤5顶板砂岩裂隙含水层和第四系底部卵砾石孔隙含水层，它们分别是煤9顶板突水的直接和间接充水含水层，在两含水层之间存在一粉粘土弱透水层.荆各庄井田东部和东南部以F1～F3断层组为界，其余部分以隐伏露头为界.由于第四系底部卵砾石含水层覆盖于整个井田之上，因此该含水层的边界条件属于二类流量边界；煤5顶板砂岩裂隙含水层四周均为隔水边界，在垂向上通过窄条状隐伏露头内边界接受上部含水层补给；底卵底部粘土层为一弱透水层，它的外边界均作为隔水边界，该层在矿区东南部不发育，致使底卵含水层几乎与基岩含水层直接接触，而在西北部发育较厚，底卵含水层与砂岩裂隙含水层的水力联系较弱.2煤9顶板充水含水层富水性分区研究针对矿井水文地质条件的复杂多变性、各种勘探资料在地域上的局限性和在观测精度上的不真实性，笔者运用多源地学信息复合叠加原理［1］，尽可能多地挖掘了荆各庄矿自建矿以来的所有勘探资料，对各种水文地质物理场的地学信息进行了系统综合叠加处理，信息源之间相互对比印证，取得了很好的效果.2.1第四系底部卵砾石孔隙含水层本含水层为煤9顶板突水的间接充水水源，根据现有资料对含水层厚度和渗流场特征进行了分析.(1)含水层厚度本充水含水层位于冲积层下部，厚度随整个冲积层的沉积厚度变化而变化，具有北薄南厚的特点，大、小极值分别为1.12和53.10m，茅草营以北不足10m，向南最厚达53.10m.(2)渗流场特征根据底卵含水层抽水试验结果可知，其渗透系数由南向北逐渐增大，在井田南部大约为4m/d，而在井田北部可达32m/d，说明该含水层北部渗透性大于南部；含水层单位涌水量为0.93～2.25L/(s.m)，由西向东逐渐增大.综上可知，底卵含水层北部渗透性较好，南部却较差，而富水性从西向东逐渐增强，在东南部达到最佳.2.2煤5顶板砂岩裂隙充水含水层通过对该充水含水层的岩性岩相变化、构造场、水化学场、抽水试验场、突水事件渗流场和钻孔冲洗液消耗量变化等6个方面地学信息的综合分析，提出了煤5顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案.(1)岩性岩相变化特征在分析岩性岩相变化时，主要考虑了充水含水层厚度和脆性岩（以砂岩、粉砂岩为主）、塑性岩（以泥、页岩为主）所占的比例.该含水层中间厚、两边薄，在向斜轴附近较厚，大约为170m.从轴线向东西两侧逐渐变薄，西部坡度较大，厚度变化明显，在边缘地带为30m左右，东部坡度较小，厚度变化缓慢，在荆1和湾水3号钻孔附近略有波状起伏，在东部边缘大约也为30m.煤5顶板砂岩裂隙含水层的厚度变化趋势与整个盆状向斜相符.煤5顶板砂岩裂隙含水层主要由砂岩、粉砂岩和页岩组成，脆性岩厚度远大于塑性岩，其厚度为2.65～185.1m，平均为80.81m；而塑性岩厚度为0.025～66.07m，平均12.73m.脆性岩与塑性岩比值变化较大，荆26孔最小，为0.42，荆27孔最大，为152.03，在轴线以东，比值相对较小，一般为0.42～30，而在轴线西部，比值较大，多为30～150.(2)构造场特征荆各庄矿地质构造以断裂为主，褶曲不发育.落差大于3～5m的断层共有50多条，走向主要为NEE向，其次为NW向，近似呈直角.因受来自南西和北西2个方向挤压力的作用，井田内节理裂隙以NEE向最为发育，其次为NNW（NNE）和NW向.在井田中部，地层产状平缓，节理面较陡，大部分在70°以上，有的甚至直立，而在边部，节理产状较缓.(3)水化学场特征根据钻孔水样六大常规离子的水质分析结果，井田东部水化学特征具有明显的一致性，故可划分为一个独立的水流系统.井田西部各钻孔的阴阳离子含量有所不同，这需要结合其它物理场信息进一步细化.(4)抽水试验场特征荆各庄矿煤5顶板砂岩含水层的单孔抽水试验资料显示，含水层的单位涌水量为0.206～1.942L/(s.m)，平均0.974L/(s.m)，渗透系数为1.586～8.945m/d，平均4.617m/d.二者的变化趋势为：单位涌水量由西向东逐渐变大，在湾水1号孔处达到最大，为 1.942L/(s[换行].m)，表明含水层西部富水性差，东部富水性强，且由西向东均匀增大.含水层的渗透系数在湾37号孔最大，为8.945m/d，其变化趋势与单位涌水量相同，由西向东逐渐增大，说明东部渗透性强于西部.但单位涌水量的最大点与渗透系数最大点却不重合，说明富水性最强的地段，其渗透性不一定最好，因此，仅据渗透系数不能说明含水层的出水能力.一个渗透系数较大的含水层，如果其厚度非常小，它的出水能力也是有限的.虽然湾37孔处渗透系数很大，但含水层的厚度较小，约为30m，因而它的富水性不是最强.(5)突水事件渗流场特征根据对1096和1093工作面两次突水全过程资料的系统分析认为，荆各庄井田东部富水性明显强于西部，并且在整个突水过程中，沿主渗透方向观测孔的水位变化幅度最大.这与前面各物理场分析结论相符.(6)冲洗液消耗量变化特征对所有勘探钻孔柱状图的分析表明，几乎所有钻孔通过本层时均有冲洗液消耗，消耗量大于5m3/h的钻孔占总数的58%，而且漏水严重的钻孔均分布在井田东部，这说明井田东部裂隙较为发育，其富水性较好.另外在井田西南的向斜轴附近，冲洗液消耗量也相当大，呈纺锤型，冲洗液消耗量大于15m3/h，说明此区富水性也较好.综合上述各物理场的水文地质特征，经过多源地学信息相互验证，复合叠加，确定了该充水含水层富水性分区的划分方案（见图1）.整个井田共分为5个区，富水性由强到弱依次为A，B，C，D，E.A区内又以FE9断层为界分为两个区，A-1区的富水性强于A-2区.图1煤5顶板砂岩裂隙充水含水层富水性分区Fig.1Water-richdivisionmapforsandstoneaquiferoncoalseamNo.53煤9开采顶板冒落安全性分区研究按照“上三带”理论，导水裂隙带发育高度是煤层开采顶板涌(突)水灾害发生的基础.目前我国大多数煤矿区均采用《矿井水文地质规程》的经验公式计算导水裂隙带发育高度［2］.但由于这些经验公式在考虑覆岩段的地层岩性组合和空间分布位置等方面较粗糙，实际应用误差较大.为此，笔者从覆岩段岩性岩相的变化入手，在系统查阅整理了144个勘探钻孔柱状图的基础上，对采用经验公式计算的导水裂隙带发育高度进行了合理的岩性岩相变化校正，效果较好.3.1煤9至煤5之间的覆岩段岩性岩相变化分析煤9与上覆煤5顶板砂岩裂隙含水层之间仅存在7.52～76.44m的覆岩段，主要以粉砂岩、砂岩和粘土岩为主，呈中间厚、两边薄的趋势，最厚处分布在荆21、荆19和湾39号钻孔附近，厚度大于70m，向两侧逐渐变薄，东部变化较缓，西部变化较快，到达边缘处为20m 左右.覆岩段中塑性岩大部分位于煤9顶板或与砂岩互层.由于塑性岩厚度较小，在煤9顶板发生冒落时，位于煤9顶的塑性岩基本处于冒落带，起不到隔水作用.与砂岩互层的塑性岩石虽然有一定的隔水作用，但因厚度有限，其隔水作用不会太大.3.2导水裂隙带发育高度的计算在开滦矿区，所采煤层均为缓倾斜煤层（0～35°），上覆岩石为砂岩、粉砂岩和泥岩等中硬型岩石，因而根据《矿井水文地质规程》采用如下计算公式，即式中，Hl为导水裂隙带高度；Mi为煤层累计厚度；n为开采分层数.3.3煤9顶板开采冒落安全性分区若导水裂隙带发育高度小于煤9至煤5之间覆岩段厚度，则顶板冒落时，煤5顶板裂隙水一般不会泄入巷道；反之，则会发生涌(突)水灾害.因此，将覆岩段厚度减去导水裂隙带发育高度，即可确定冒落[换行]安全区与非安全区的界限.但由于影响导水裂隙带发育高度的因素很多，除采厚外，开采方法、覆岩段岩性岩相变化及地质构造等均是其控制因素.因此综合考虑多方因素，确定了煤9顶板冒落安全性分区方案（见图2）.图2煤9开采顶板冒落安全性分区Fig.2DivisionmapofcavinginsafetyforminingcoalseamNo.9整个井田分为A，B，C，D，E5个区域.最安全的区域是A区，该区导水裂隙带发育高度小于覆岩段厚度，E区最危险，其导水裂隙带高度远大于覆岩厚度.4煤9开采顶板涌(突)水条件综合分区研究开采深部煤层导致顶板涌(突)水灾害发生，其充分必要条件是煤层回采形成的导水裂隙带沟通了上覆充水含水层,且直接充水含水层在回采工作面对应位置的富水性较强.根据上述煤9开采顶板冒落安全性分区和煤5顶板砂岩裂隙含水层富水性分区的研究成果，笔者复合叠加两个分区所有地学信息，提出了煤9开采顶板涌(突)水条件定量评价的综合分区划分方案（见图3）.整个井田以向斜轴为界，分为A和B两大区.其中A区突水危险性小，因为该区上覆充水含水层的富水性较差，即使煤层开采顶板冒落至上覆含水层，也不会诱发大的涌(突)水灾害；B区则突水危险性较大，因为该区上覆充水含水层的富水性较好，而且在该区范围内，大部分区域导水裂隙带发育高度均大于覆岩段厚度.A区可进一步细分为2个子区，B区可细分为4个子区，其突水危险性由小到大依次为A-1区→A-2区→B-1区→B-2区→B-3区→B-4区.图3煤9开采顶板冒落涌(突)水条件综合分区Fig.3Syntheticdivisionmapofcavinginwater- burstingconditionforminingcoalseamNo.95煤9回采工作面顶板工程涌(突)水量动态预测根据煤9顶板涌(突)水量预测的水文地质概念模型，应用国际上先进的VisualModflow专业软件系统建立了三维数值模拟模型［3］，并利用1393工作面突水资料进行了模型识别，其拟合结果见图4和图5.图4煤5顶板砂岩裂隙含水层第四时段观测孔水位与计算水位对比Fig.4Comparisonmapbetweenobservationlevel andcalculationleveloffourthtermin sandstoneaquiferoncoalseamNo.5图5煤5顶板砂岩裂隙含水层观测孔的水位拟合Fig.5Waterlevelfittingmapforobservation holesinsandstoneaquiferoncoalseamNo.5应用VisualModflow先进的ZoneBudget功能，根据相邻工作面周期来压规律，对即将回采的2099和2393工作面的工程涌水量进行了随工作面不断向前推进（以周期来压步距为单位）的动态预测.随2099工作面的推进，其涌水量变化不大，变化范围为 1.685～1.592m3/min （见图6(a）).2393工作面涌水量则随其推进逐渐增大，由1.125m3/min 增加到2.17m3/min（见图6(b)）.[换行]图6回采工作面工程涌水量动态变化曲线Fig.6Dynamicvariationcurvesofengineeringinflowsinminingface(a)2099回采工作面；(b)2393回采工作面6煤9顶板砂岩充水含水层采前预疏放渗流场预测上述2个回采工作面的顶板涌水量预测结果表明，其涌水量比较大.因此，从荆各庄矿目前工作面的排水能力和提高及排水效益角度考虑，笔者对煤9顶板砂岩裂隙充水含水层进行了回采前预先疏放的预测计算.在此基础上，对煤9回采的2099和2393两工作面又进行了涌水量的二次动态预测，结果其预测涌水量大幅度减少.这些结论为荆各庄矿最终制定合理的防治水决策方案提供了极其重要的科学依据.7结论与建议（1）“三图-双预测法”从对煤层顶板涌(突)水条件的定性综合分析，到回采工作面工程涌(突)水量和采前预疏放量的定量模拟预测，形成了一整套系统的研究思路和研究方法.（2）煤层回采导致的顶板涌(突)水灾害发生的根本原因，就是煤层回采形成的顶板导水裂隙带沟通了上覆直接充水含水层，并且含水层在回采工作面冒落范围对应的部位富水性较强.因此顶板涌(突)水条件分析不外乎包括两个方面内容：煤层回采顶板冒落安全性分析和顶板直接充水含水层富水性分析.（3）运用多源地学信息复合叠加原理，根据多个水文地质物理场的不同特征，相互对比验证，互相弥补不足，对充水含水层的富水性进行了系统综合分析.（4）尽管本文在顶板导水裂隙带发育高度计算上未能彻底摆脱沿用《矿井水文地质规程》经验公式的弊病，但通过对大量勘探钻孔柱状图岩性岩相变化特征的系统研究，对裂隙带发育高度计算结果进行了岩性校正，因而其计算结果相对比较符合实际.笔者建议在有条件的情况下，应该采用应力应变分层数值仿真模拟方法计算煤层顶板“上三带”的发育高度.（5）ZoneBudget是目前国际上通用专业软件系统VisualModflow 的一个独特功能，对预测精度要求较高的回采工作面的整体和分段工程涌水量的动态预测具有一定优势.■作者简介：武强(1959-)，男，教授，博士生导师.1991年在中国地质大学(北京)获得博士学位.主要从事矿井防治水、地质灾害和生态环境方面的研究工作.出版《华北型煤田矿井防治水决策系统》等专著3部，发表“GIS技术在预报煤层回采前方小构造的应用潜力”等论文60余篇. 作者单位：武强(中国矿业大学北京校区，北京100083)黄晓玲(中国矿业大学北京校区，北京100083)董东林(中国矿业大学北京校区，北京100083)殷作如(开滦矿务局，河北唐山063018)李建民(开滦矿务局，河北唐山063018)洪益清(开滦矿务局，河北唐山063018)张厚军(开滦矿务局，河北唐山063018)参考文献：［1］武强.华北型煤田矿井防治水决策系统［M］.北京：煤炭工业出版社，1995［2］赵全福主编.煤矿安全手册［M］.北京：煤炭工业出版社，1992 ［3］薛禹群.地下水动力学原理［M］.北京：地质出版社，1989。
基于matlab的山区急倾斜煤层开采沉陷预计系统
沉值和走向移动值预计中，约有 86.8% 的点位所处区域的地表变形符合实测值的凹形发展趋势，可有效反映矿区
变形特征；而在倾向移动值预计中不符合实测值的发展趋势，是因为系统的预计误差受到地表曲面拟合精度及矿
区实际条件制约，应采用更精确的矿区参数进一步验证。该系统对于山区急倾斜煤层开采所引起的地表移动变形
总第525期2020年第3期金属矿山metalmine基于matlab的山区急倾斜煤层开采沉陷预计系统赵博梁乃森吴初武雄1中国地质大学北京水资源与环境学院北京100083摘要为研究山区条件下急倾斜煤层开采对地表移动变形的影响基于matlab编程语言将皮尔森型公式法与山区地表移动预计模型进行叠加开发出了具有多项功能的开采沉陷预计系统并对其适用性进行了验证
式法与山区地表移动预计模型进行叠加，开发出了具有多项功能的开采沉陷预计系统，并对其适用性进行了验证。
该系统的主要特点为，利用地表高程点对山区地表进行曲面二元多项式拟合，基于地表曲面函数有效解决了任意
点倾斜方向角、倾角、地表特性系数、影响半径等重要参数的获取问题，减少了前期数据准备的工作量。将甘肃某
矿区急倾斜煤层开采相关参数代入预计系统进行计算及绘图，并与实际观测值进行了对比分析。结果表明：在下
Series No. 525 March 2020
金属矿山
METAL MINE
总 第 525 期 2020 年 第 3 期
基于 Matlab 的山区急倾斜煤层开采沉陷预计系统
赵 博 梁乃森 吴 初 武 雄 1
（中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083）
摘 要 为研究山区条件下急倾斜煤层开采对地表移动变形的影响，基于 Matlab 编程语言，将皮尔森Ⅲ型公
预计具有一定的参考价值。