1哈爾濱華夏礦安科技有限公司（技術方案）哈爾濱華夏礦安科技有限公司水文災害預警系統技術方案（上位正文部分）文件狀態： 正式發布 正在修改文件標識安全級別作 者李春靜撰寫時間2012-4-13本方案暫時按規程建議的算法為主進行制定。經社會調查、小組討論后，再進一步修訂本方案目錄參考文獻01水害預警系統設計概述與意義11.1水害預警系統設計依據12突水災害形成條件與發生原因12.1.1自然地質條件12.1.2人為條件22.2研究的目的和意義43頂板水害53.1三圖雙預測法概念53.2基于GIS的AHP方法的富水性分區圖實現63.3基于GIS的AHP&灰色神經串聯型富水性分區法錯誤！未定義書簽。3.4涌水量預測134底板突水危險性104.1五圖雙系數法概念及意義8105剖面圖的實現136礦井水位（淹沒）實現20參考文獻1武強，徐建芳，董東林,等.基于GIS的地質災害和水資源研究理論與方法M.北京:地質出版社,2001:129-130.2武強，黃曉玲,董東林,等.評價煤層頂板涌(突)水條件的“三圖一雙預測法” J.煤炭學報,2000,02,25(l):60-65.3武強,江中云,孫東云,等.東歡沱礦頂板涌水條件與工作面水量動態預測J.煤田地質與勘探,2000,12,28(6):32-35.4武強,付耀軍,楊明,等.基于 GIS RS與AHP耦合技術的礦山水力侵蝕研究J.煤田地質與勘探,2004,32(06)35-38.5武強，魏學勇，張宏，等.開灤東歡沱礦北二采區冒裂帶高度可視化數值模擬J.煤田地質與勘探，2002，30(05):41-43.6劉傳娥,魏久傳,郭建斌,等.多因素復合法評價煤層頂板水害危險性J.山東煤炭科技，2010，01: 180-181.7殷黎明，楊春和,王貴賓,等.地應力對裂隙巖體滲流特性影響的研究J.巖石力學與工程學報,2005,24(17):3071-3075.8韓云春.基于采動效應研究的注漿工作面底板突水危險性平價D安徽理工大學.2011,5:28-.9武強.華北型煤田礦井防治水決策系統.M.北京:煤炭工業出版社，199510 沙雨勤,周保東.帶壓系數及突水系數在防治水中的應用.J. 河北煤炭,2004(4). 20.11施龍青,韓進,高延法.采場損傷底板破壞深度研究.J.煤炭學報.2004.10(29).1-3.1 水害預警系統設計概述與意義1.1 水害預警系統設計依據根據煤礦安全規程第二百八十五條第一款，礦井必須做好水害分析預報和充水條件分析，堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原則，建立采掘工作面水害分析預報表，并將預測圖顯示在GIS地圖相應位置。表及預測圖按礦井水文地質規程附錄六制定，制定模式參見附錄六。礦井水文地質規程第七十六條明確指出：“在礦井疏干開采過程中，應當進行定性、定量分析，可以應用“三圖雙預測法”進行頂板水害分區評價和預測。有條件的礦井可以應用數值模擬技術，進行導水裂縫帶發育高度、疏干水量和地下水流場變化的模擬和預測?！钡V井水文地質規程第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采用“脆弱性指數法”或者“五圖雙系數法”等方法，對底板突水危險性進行綜合分區評價，可以采用比擬法、解析法和數值模擬法等方法預計最大涌水量?！泵旱V水害一般分為突水、涌水兩種情況。其中，突水有多種類型，通常分為頂板突水、底板突水和構造型突水，一般突水類型，尤以底板突水為主。按照礦井水文地質規程中明確指出的方法，進行本煤礦水文預警系統方案的制定。主要分為兩部分：頂板水害、底板突水危險性。1.2 突水災害形成條件與發生原因1.2.1 自然地質條件我國大約有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重威脅;許多煤田地質、水文地質條件復雜,斷裂和導水通道發育;大部分煤田開采深度大,勢水頭壓力高,不僅容易誘發突水,而且一旦發生突水,就非常猛烈10。突水礦床大多分布在氣候溫暖潮濕、大氣降水較為充沛的地區。在地貌上一般位于河谷、山間盆地、大型平原、低山丘陵地帶,地形相對切割程度較弱,地面相對平坦低洼,一般處在當地侵蝕基準面上下,有利于大氣降水匯集與徑流。礦區及其附近有河流、水庫、湖泊乃至大江、大海等地表水體或有沖溝等暫時性水流。礦區地質構造復雜,褶皺、斷裂和裂隙發育,礦體和圍巖地層發育齊全,巖石物理力學性質相差懸殊,直接頂底板巖石強度較低,現今構造活動較強烈。礦體厚度和規模變化大,埋藏深,礦層的主要部分位于當地侵蝕基準面或地下水位以下。礦區和區域地下水豐富;局部有地下暗河徑流,或規模較大的老窿積水。礦體頂底板或圍巖的含水層,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,在地質歷史時期經受多次構造運動和強烈巖溶化作用,構造裂隙、溶蝕裂隙、溶孔、溶洞和溶蝕管道發育,彼此縱橫交錯,連通性好。滲透性、富水性強,含水豐富;而且含水層的延展范圍廣,接受大氣降水和區域地下水補給面積大,具有巨大的靜儲量和動儲量,一般不容易疏干。礦區位于碳酸鹽巖裸露區或有薄層第四紀松散沉積蓋層的隱伏巖溶區,有巖溶漏斗、落水洞、落水井和巖溶塌陷坑分布,而且與礦層頂底板巖溶含水層的裂隙、溶孔、溶洞系統相通。礦區內有切割礦層及其頂底板的含水層,或發育有斷距較大的張性含水導水斷裂。礦層及其頂底板含水層之間,或含水層與地表水體(包括大氣降水后的片流、暫時徑流及洪水)之間,因沉積間斷、斷層、溶洞、巖溶陷落柱、落水洞、巖溶漏斗、巖溶塌陷等發生直接或間接溝通,而具有較強的水力聯系。礦層頂底板的含水層為承壓含水層,所含地下水有很高的承壓水頭,相對于礦層(體)頂底板的單位面積水壓力高。1.2.2 人為條件目前,我國煤礦管理水平、生產技術和災害防治能力還比較差,特別是礦業秩序比較混亂,大量鄉鎮和個體小煤礦,不僅生產技術水平落后,而且無證開采和違規生產十分嚴重,使突水及其他礦難事故難以得到有效控制11,12。水文地質勘探程度不夠,水文地質資料的詳細可靠程度較低,即使是詳查階段獲得的資料也存在較大誤差;尤其是對與礦層(體)并無明顯直接關系的地表水、含水豐富的巖溶含水層水對礦床開采的影響,未予充分評價;甚至水文地質邊界條件不明,礦井(坑)涌水量預測存在較大誤差。大量地質及水文地質勘查鉆孔洞穿礦層及其頂底板含水層與隔水層后,起到人為溝通作用;一些未封閉或封孔質量不好的鉆孔,往往成為礦床開采的地下水通道。井、巷的空間布置不夠合理,礦井及礦坑地面排水、泄洪不暢。開采條件下,由于礦井(坑)長期排水和礦層采空引起頂底板巖石變形位移,礦區地面發生下沉、裂縫、巖溶塌陷等。開采條件下,礦區地下水雖經長期排水疏干,但穩定的排水降落漏斗始終未完全形成,降落漏斗的浸潤曲線陡、水力坡度大,因此對礦床開采有嚴重威脅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,相對于生產巷道,仍有很大的水位差、壓力差,對采礦井巷仍存在很大威脅。礦床大規模開采條件下,由于井巷工作面推進和巖礦石大量采空,礦層及其直接頂底板巖層之間的地應力平衡受到破壞,井巷及采空區因地應力解除而受到巨大的礦山壓力,因此使井巷及采空區的頂、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底板含水層的聯系。礦區存在廢棄的古洞坑和采空區,未經詳細勘測,進入老采空區采煤。隨意堆棄煤矸石而堵塞山谷、河床,洪水暴發導致灌井。違規生產如井口位置不當;防水煤柱太薄或亂采濫挖破壞防水礦柱;采掘生產中,發現透水預兆不進行探水防水等。礦山水文地質監測系統不完善,地下水動態及突水災害預測預報能力差。礦井防水救護設備不足,設計泵房的最大排水量與可能出現的最大涌水量相差太大。沒有有效的災害預案,面對出現的突水危險,管理人員不能采取果斷有效措施加以防治;礦工缺乏救災知識。1.3 研究的目的和意義隨著科技發展和對煤炭資源需求量的增加，深部綜采程度不斷提高。一方面向深部的礦壓增大，承壓水的水頭壓力也越來越大;一方面，隨著開采范圍擴大，礦井水文地質條件中的不確定因素也隨著面積擴大而增多，潛在危險性也隨之加大;第三，機械化綜采要求的條件較高，需要疏干頂板含水層;同時帶壓開采成為受底板灰巖承壓水威脅煤層開采的主要方法，為底板涌突水研究提出了更高更迫切的要求。因此，認清煤礦頂板、底板涌、突水問題的現實狀況，研究其預測預報方法，采取有效的防治措施，對于確保煤礦安全生產，保障我國煤炭工業持續穩定發展具有重要的現實意義。2 頂板水害文獻論文討論很多，但文獻中涉及的數據，現實中一般很難采集，歷史數據更難收集。在煤礦水文地質規程中，已經明確給出了安全隔水層厚度和突水系數計算公式，具體公式詳見附錄三；安全水頭壓力值計算公式，具體公式詳見附錄四。突水預測的具體流程與實現，礦井水文地質規程中提及的方法還在調研中。頂板水為疏干對象，因來源不同，水量大小不一，通常由每小時幾方到數百方不等，或更大，對礦井正常開采影響較大?！叭龍D雙預測法”由中國礦業大學武強教授發明，于2009年申請專利，并于2009年12月21日，由水文地質規程正式認定為進行頂板水害評價與預測的有效方法。故本方案水文水害預警中的底板部分采用本方法進行制定。2.1 三圖雙預測法概念礦井水文地質規程第七十六條明確指出：“在礦井疏干開采過程中，應當進行定性、定量分析，可以應用“三圖雙預測法”進行頂板水害分區評價和預測。有條件的礦井可以應用數值模擬技術，進行導水裂縫帶發育高度、疏干水量和地下水流場變化的模擬和預測。”l 概念“三圖雙預測”法，是中國礦業大學(北京)武強教授根據多年的研究理論、經驗、成果，在解決制約我國華北型煤田煤炭工業可持續發展的主要水患實踐過程中，提出的煤層頂板水害評價的方法，是解決煤層頂板充水水源、通道和強度三大問題的頂板水害評價方法。頂板“三圖雙預測” 法在盡可能挖掘利用勘探、開采己有基礎資料的前提下，應用多源地學信息復合研究方法，相互印證，避免了基巖含水層的非均質和各向異性特征以及其他多種因素的干擾影響，和因為含水層富水性條件相當復雜，富水程度不同位置多變，導致所得結論存在的局限性和片面性。達到對基巖充水含水層富水性綜合分區評價的目的，實現了對采動前、后的頂板水量進行預測9?！叭龍D”是指：煤層頂板充水含水層富水性分區圖、頂板冒裂安全性分區圖和頂板涌(突)水條件綜合分區圖；“雙預測”是指：頂板充水含水層預處理前、后回采工作面分段和整體工程涌水量預測1-7。l 算法流程利用GIS強大的空間信息處理能力，對各種圖形信息進行量化；用AHP法對各因素進行評價，計算出各因素對總目標的影響權重。再應用GIS的空間復合疊加功能對AHP的計算結果進行處理，以直觀的富水性分區圖和冒裂安全分區圖疊加，生成頂板涌突水條件危險性分區圖。l 依據材料基于礦井基礎資料，特別是鉆孔資料、抽水試驗資料，是充分挖掘各種地質資料的信息從而疊加出最后成果。因此，礦區的基礎地質資料非常重要。2.2 基于GIS的AHP方法的富水性分區圖實現AHP：層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP法），是一種定性與定量相結合的多準則決策（評價）方法。它是美國運籌學家T.L.Saaty教授于20世紀70年代提出的一種簡便、靈活而實用的多準則決策方法，是將半定性、半定量問題轉化為定量問題的有效途徑。2.2.1 實現步驟第一步：由用戶根據專家經驗對所在煤礦的主要控制因素進行分析，在水文災害預警系統上建立“煤層直接充水含水層層次分析結構圖”。結構圖的主要構成形式如圖3-1所示。圖3-1 煤層直接充水含水層層次分析結構圖其中：A層為模型的目標因素，即含水富水性的最終目的；B層：決定富水性的相關因素，但其影響方式還需通過與其相關的具體因素來體現，這是解決問題的中間環節，亦即模型的準則層(次)；C層：各個具體的主控因素指標，即本模型的決策層(次)，通過對該層次問題的決策，即可最終達到所要求解的目標。軟件實現：在頁面建立文本框，提示指導用戶自行錄入。此圖將研究對象劃分為3個層次，在實際項目中，用戶可以根據煤礦實際情況在頁面文本框中輸入數據建立多層結構。第二步：建構判斷矩陣。根據第一步，領域專家或者煤礦專有工作者，根據本煤礦的實際情況，如眾多的突水事故中各個因素所起作用的大小，以及他們在生產實踐和科學研究中的親身體驗，依據自己的認識和觀點，對影響煤層頂板充水含水層各地質因素中每個因素所起作用的大小進行相對重要性評價，運用“征集專家評分”的方法，來對影響突水的眾多因素進行評分。打分標準是依照 T.LSaatyt創立的1-9標度方法（見表3-1）。以給出“B層”每一因素對“A層”的影響值，如B1=1，B2=5，-，Bn=3這樣的值；“C層”每一因素對“B層”的影響值，如C1=1，C2=5，-，Cnn+n=3這樣的值。表3-1 數字1-9及其倒數標度及涵義標度含義1表示兩個因素相比，具有相同重要性3表示兩個因素相比，前者比后者稍重要5表示兩個因素相比，前者比后者明顯重要7表示兩個因素相比，前者比后者強烈重要9表示兩個因素相比，前者比后者極端重要2，4，6，8表示上述相鄰判斷的中間值倒數若因素與的重要性之比為，那么因素與因素重要性之比為軟件用戶頁面實現：領域專家或者煤礦工作者，通過頁面文本框錄入每一層因素對上一層因素的影響值，系統依據算法函數自動生成判斷矩陣，將計算出影響頂板突水各主控因素的權重。軟件算法函數實現：具體計算方法，我已經在matlab環境下實現了核心部分，現在沒有時間做理論能實現的功能：將matlab代碼生成動態鏈接庫，實現與C#互調。第三步：煤礦頂板富水性分區圖的實現。得出第二步計算出的各個地質因素對富水性的影響權重后，將這些地質因素疊加，依據煤礦具體分區的劃分，得出相應的充水含水層富水性分區圖。軟件實現：依據所選GIS軟件提供的功能，進行實驗后確定。存在的問題：圖中各因素的數據來源還沒確定，分區的行業標準還沒找到。擬解決的方法：l 數據來源：能測量的給測量值，不能測量的請相應煤礦給經驗值；l 富水分區行業標準：能找到行業標準時，按行業標準執行；不能找到行業標準時，按聚類算法，將最終值分成：非常安全、安全、有點危險、危險、非常危險五大類。2.2.2 優點、不足與擬解決方案優點：基于GIS的AHP方法的富水性分區，可以比較準確地反映煤礦的富水性情況。不足：需要領域專家或者煤礦專有工作者，根據煤礦實際情況給出經驗值；如果煤礦沒有這樣的專門性人才，此方法不能實現。擬解決方案：l 有專家提供經驗值時，富水性分區圖采用基于GIS的AHP法l 沒有專家經驗值時，根據各鉆孔實時監測的涌水量數據，按煤礦床水文地質、工程地質及環境地質勘查評價標準附錄C中的C1中的方法：按鉆孔單位涌水量（q）富水性注分為以下四級：A、 弱富水性：q0.1L/sm；B、 中等富水性：0.1L/ smq1.0 L/ sm；C、 強富水性：1.0 L/ sm5.0 L/ sm。注：此種方法雖然簡單，但適合度很差，是否采用，還需要進一步考慮認證。2.3 頂板冒落安全性分區圖依據煤礦床水文地質、工程地質及環境地質勘查評價標準附錄F的冒落帶導水裂隙帶最大高度經驗公式表煤層傾角（）巖石抗壓強度（MPa）巖石名稱頂板管理方法冒落帶最大高度m導水裂隙帶（包括冒落帶最大高度）m0544060輝綠巖、石灰巖、硅質石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質頁巖等全部陷落 2040砂質頁巖、泥質砂巖 、頁巖等全部陷落 20風化巖石、頁巖、泥質砂巖、粘土巖、第四系和第三系松散層等全部陷落 55854060輝綠巖、石灰巖、硅質石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質頁巖等全部陷落40砂質頁巖、泥質砂巖 、頁巖、粘土巖、風化巖石、第三系和第四系松散層等全部陷落 注：表中：累計采厚，；煤分層層數；煤層厚度，；采煤工作面小階段垂高，。冒落帶、導水裂隙最大高度、對于緩傾斜和傾斜煤層，系每日從煤層頂面算起的法向高度；對于急傾斜煤層，系指從開采上限算起的垂向高度。巖石抗壓強度為飽和單軸極限強度。2.4 頂板涌（突）水條件綜合分區圖2.5 頂板涌（突）水雙預測實現3 底板突水危險性礦井水文地質規程第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采用“脆弱性指數法”或者“五圖雙系數法”等方法，對底板突水危險性進行綜合分區評價，可以采用比擬法、解析法和數值模擬法等方法預計最大涌水量?！?.1 五圖雙系數法概念及意義8帶壓開采：是指在具有承壓水壓力的含水層上進行的采煤。“五圖雙系數”法：是一種煤層底板水害評價方法。 “五圖”是指：底板保護層破壞深度等值線圖、底板保護層厚度等值線圖、煤層底板以上水頭等值線圖、有效保護層厚度等值線圖、帶壓開采評價圖。雙系數是指：帶壓系數和突水系數。l 1.“五圖”概念和意義如下：第一圖：在工作面回采過程中，由于礦壓等因素綜合作用的結果，在煤層底板產生一定深度的破壞，這種破壞后的巖層具有導水能力，故稱之為“導水破壞深度”，通過實驗和計算可以獲得該值的分布狀況。據此繪制“底板保護層破壞深度等值線圖”。第二圖：煤層底面至隔水層頂面之間的這段巖層稱之為“底板保護層”。它是阻止承壓水涌入采掘空間的屏障，需查明其厚度及其變化規律。據此繪制“底板保護層厚度等值線圖”。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高的底板上。根據計算繪制“煤層底板上的水頭等值線圖”。第四圖：把導水破壞深度從底板保護層厚度中減去，所剩厚度稱之為“有效保護層”。它是真正具有阻抗水頭壓力能力且起安全保護作用的部分。據此繪制“有效保護層厚度等值線圖”。第五圖：最后根據有效保護層的存在與否和厚度大小，依照“雙系數”和“三級判別”綜合分析，即可繪制帶壓開采技術的最重要圖件“帶水頭壓力開采評價圖”。l 2.“雙系數”的概念和意義帶壓系數：在研究保護層時要同時進行保護層的阻抗水壓能力的測試，根據所獲參數計算保護層的總體“帶壓系數”，它是表示每米巖層可以阻抗多大水壓的指標，是雙系數之一。突水系數：另一系數是“突水系數”，是“有效保護層厚度”與作用其上的水頭值之比。l 3.“三級判別”的概念“三級判別”：是與雙系數配合用來判別突水與否、突水形式和突水量變化的三個指標：I級判別：是判別工作面必然發生直通式突水的指標；II級判別：是判別工作而發生非直通式突水可能性及其突水形式的指標；III級判別：是判別己被n級判別定為突水的工作面其突水量變化狀況的指標。l 4“五圖雙系數法”的流程，參見下圖。圖1-1“五圖雙系數法”流程框圖3.2 第一圖 底板保護層破壞深度等值線圖實現方法11底板活動全貌如圖3-2所示。在計算保護層破壞深度時，主要考慮無明顯損傷底板破壞深度、明顯損傷底板破壞深度兩部分。圖3-2 底板活動全貌3.2.1 無明顯損傷底板破壞深度回歸分析底板破壞深度：是指底板巖層產生移動變形，裂隙率發生變化以及采動裂隙(主要是層向裂隙)率大于一定數量的底板巖層厚度求解過程：第一步：建立非線性方程，公式為：(3-1)其中：為影響采場底板破壞深度，為煤礦開采深度，為煤層傾角，為底板堅固系數，為工作面斜長。注：這些參數由煤礦提供或在做地質分析時取得。第二步：利用所給參數，回歸，計算各種參數的系數。“正規方程”采用列主元素高斯消去求解法。計算出最終結果?；貧w結果類似下圖：3.2.2 明顯損傷底板破壞深度的計算由幾何損傷原理啟發，實踐證明，當原始底板受到明顯損傷破壞時，在同樣的礦山壓力作用下，采場底板破壞深度要比式(3-1)的計算結果大。依據文獻11知，采場底板破壞深度同采場底板所承受的應力成正比，根據幾何損傷原理，綜合得到損傷底板破壞嘗試的計算公式為：(3-1)其中：為明顯損傷底板破壞深度，為無明顯損傷底板破壞深度，為鉆孔漏水段總長度，為鉆孔總長度。3.2.3 軟件實現擬實現方法，依靠matlab強大的計算機能力，計算結果，傳給C#函數，C#與GIS融合，動態生成底板保護層破壞深度等值線圖。3.3 第二圖 底板保護層厚度等值線圖3.4 雙系數實現方法雙系數是指：帶壓系數、突水系數。3.4.1 帶壓系統實現方法依據文獻10上帶壓系數公式，其中：為煤層承受（安全？）的水頭壓力；為煤層的隔水層厚度。l 安全水頭壓力的求解公式依據礦井水文地質規程中附錄五進行計算。計算公式： 第一種情況：掘進巷道底板隔水層 (5-1)式中 p底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa；t隔水層厚度，m；L巷道寬度，m；底板隔水層的平均重度，MN/m3；Kp底板隔水層的平均抗拉強度，MPa。 第二種情況：采煤工作面 式中 M-底板隔水層厚度，m；p-安全水壓，MPa；Ts-臨界突水系數，MPa/m。Ts值應當根據本區資料確定，一般情況下，在具有構造破壞的地段按0.06MPa/m計算，隔水層完整無斷裂構造破壞地段按0.1MPa/m計算。4 可知水涌水量預測礦井涌水量的預測是對礦坑充水條件的定量描述，預測涌水量的方法基本依托于當地礦井的水文地質資料的齊全與準確，目前我們研究通過在線監測水量的變化，再結合分析水文地質條件建立符合實際的模型，其結果才具有實用性，所以通過在線監測系統數據并采用先進的神經網絡和專家系統的相結合的方法來建立數學模型在線進行分析預測可知水狀態。4.1 影響涌水量的條件煤礦涌水量也受多種條件影響，主要有：（1） 水文地質條件對涌水量的影響1礦井水文地質條件是影響礦井排水量的關鍵因素，其中包括含水層厚度、富水性、節理、裂隙、巖溶發育程度和補給來源。一般規律是含水層厚度大，含水性強，附近補給來源豐富，礦井水涌水量就大，反之則小。其次是所處的地理位置，一是煤礦平面位置與附近井、泉、河水的關系，一般離井、泉、河水近，且水利關系密切，側向補給來源大，則礦坑涌水量就大，反之則??；二是開采煤層與當地侵蝕面及區域地下水位關系，一般是位于當地侵蝕面和區域地下水位以下，且補給關系密切，則涌水量大，反之則小；三是與當地降水量、入滲系數大，降水可直接轉化為礦井水，煤層開采后導水裂隙帶影響到地面，則礦井涌水量就大，且季節性變化明顯，反之則小。（2） 地質構造特征對涌水量的影響礦井涌水量的大小與地質構造，特別是褶曲斷層有直接關系，地質構造對地下水、地面水起著重要的控制與導水作用，但主要決定于褶曲斷層補給來源豐富程度和斷層兩盤含水層、隔水層對接情況。一般規律是地質構造愈復雜，斷層愈多，開采煤層離斷層愈近，補給充分，則涌水量就愈大。反之構造簡單，開采煤層離斷層愈遠，補給來源少，則涌水量愈小，如大同、平朔等礦區。（3） 煤礦開采階段對涌水量的影響煤礦開采不同階段，礦井涌水量變化很大，一般可分為四個階段：首先，煤礦開采初期，即由基建到生產期間，揭露的含水層相對多，含水層處于飽和狀態，含水性就強，隨著開采面積的增大，就會逐步頂板冒落，溝通裂隙導水帶，煤系頂部含水層中地下水就會直接滲入礦坑。在有河溝地段煤層淺的礦井，地表水也可能滲入礦坑，礦井涌水量將相對增大。其次，當礦井開采進入中期以后，一般不會大面積揭露新的含水層，由于開采時間增長，含水層水位不斷降低，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩定，部分含水層為無壓，礦井涌水量靠滲入補給，處于補、徑、排平衡狀態。第三，當礦井開采進入后期，含水層部分被疏干，地表入滲補給量逐步減少，則礦井涌水量逐步衰減。第四，當礦井開采進入末期(停采)，在其影響范圍內，礦坑涌水量變小到幾乎沒有。但是如果停止排水，由于煤系底部有隔水層存在，坑區逐步積水成為“地下水庫”。這就是煤礦開采涌水量經歷增大、平衡、衰減、到非常小，逐步恢復到一般變化的過程。需要指出的是上述四個階段是在正常條件下的全部過程和共性，如構造破壞或地表水、巖溶水發生聯系，則可能發生局部、暫時的突變，涌水量就增大1。（4） 大氣降水及地表水對涌水量的影響涌水量與降水量有明顯的對應關系，一般規律是：礦井開采初期降水量增大，涌水量也增加。在年變化內有這種特征，即每年雨季7、8、9月降水量大，礦井涌水量也增加，在淺部這種關系更為明顯。但到開采中期，這種關系就不明顯了，即降水增加，涌水量增加很少或不增加2。（5） 開采面積對涌水量的影響煤礦開采面積逐年增加，這是由礦井設計生產人為因素決定的。在初期礦井開采面積與涌水量有相互增長的規律，當開采達到一定深度后，無論開采面積是否增加，涌水量將基本保持不變，部分礦井還隨著開采深度的增加，向相反的方向發展。這是因為礦井涌水量主要受水文地質條件等決定。即使有人為因素的干擾，也不能改變上述幾個階段的基本規律3。（6） 開采沉陷對涌水量的影響開采沉陷與涌水量有密切關系，一般是開采煤層越厚，貫通含水層越多，礦井涌水量就增大，其增加大小，主要決定于開采深度和巖層含水性。一般在淺部比教明顯，淺部開采沉陷后，裂隙導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4。（7） 煤炭開采量對涌水量的影響開采量與涌水量一般具有較好的相關性，在一定水文條件、地質條件、氣象條件下涌水量隨著開采量的增加而增加。開采初期開采量與涌水量一般具有較好的正相關性，雖然開采初期隨著含水層頂板不斷被打開，涌水量會發生跳躍式增長，但在較長的時間段內開采量與涌水量仍然表現出較好的正相關性。而隨著含水層全部被打開，不會再有新的涌水量突變，同時已打開含水層的涌水不斷被疏干，開采量的增加與涌水量呈現負相關性，即開采量增加涌水量下降。當煤礦開采處于末期時，礦井水文地質變化不明顯，開采量也進入較穩定的時期，礦井涌水量相對比較平穩5。由于沒有準確的現實數據，模擬了煤礦涌水量的數據樣式，由于沒有影響因素的數據，所以只建立了基于時間序列的涌水量預測模型，供比較。具體實驗過程如下：（1）數據的選取與分析為了更有對比性、說明性。通過模擬仿真煤礦涌水量的數據384個，假設存在煤礦20072010年的涌水量數據，如圖1-1所示。選用小波分解式從某煤礦過去密集的數據曲線中來觀測涌水量變換趨勢。小波分解式為：(1)其中，為尺度函數；為小波函數；為尺度系數；為細節系數。用公式(1)分析選取的384個數據，如圖1-2所示，明顯很符合煤礦的涌水量真實情況。圖1-1 2007-2010年涌水量數據統計圖圖1-2 2007年-2010年時間序列（2） 預測模型仿真分析運行環境為：全部程序都是在Matlab2009ra的環境下仿真的。（2.1） 灰色預測模型灰色理論認為一切數據都有規律。筆者選擇GM(1,1)對樣本數據進行累加得到數據如下：，使數據呈現一定的規律性，然后擬合數據建立白化方程，得到的解為： (1)其中：為序列的估計值，再對做一次累減得到的預測值，即做兩組實驗進行預測計算：(1) 數據中的前7個數據點做為原始數據，預測第8個數據點，仿真結果如圖2-1。圖2-1 2010年涌水量預測結果相對誤差均方差為：6.37761338975865（2.2）灰色BP網絡預測模型灰色BP網絡預測模型是基于GM預測少數據的優點和神經網絡魯棒性好的特點而建立起來的混合模型，其結合方式主要有并聯型、串聯型、嵌入型、融合型，筆者選用效果相對好些的GNNM(1,1)融合型進行計算。網絡結構為1-1-6-1。主要公式：(2)其中，為輸入參數，為系統輸出參數，為微分方程系數。具體計算的詳細過程可參見文獻3。由于權值、閾值隨機初始化，筆者連續仿真50次，得到的預測結果如圖2-2所示。圖2-2 2010年涌水量預測結果相對誤差（2.3）小波BP網絡預測模型小波BP網絡預測模型，是取小波對時間的敏感性，與BP網絡的非線性辨識性結合在在一起，使小波神經網絡具有對時變環境的自適應學習能力和非線性建模能力而建立起來的一種組合模型5。筆者選取母小波基函數構成隱含層結點，網絡結構設為4-6-1。其中：輸入層有4個節點，表示預測時間節點前4個時間點涌水量數據；隱含層有6個節點；輸出層有1個節點，為網絡預測的預測輸出。網絡權值和小波基函數在參數初始化時隨機得到。主要公式為：(8)其中：式中，為隱含層到輸出層權值， 為輸入信號序列為；為輸入層和隱含層的連接權值；為小波基函數的平移因子；為小波基函數的伸縮因子；為小波基函數，本案例采用母小波波基函數，構成了隱含層節點。為小波神經網絡預測輸出。由于網絡權值和小波基函數在參數初始化時隨機得到，所以每次預測的結果值會有差異，筆者連續預測50次，結果如下圖2-3所示。圖2-3 50次仿真結果分析（3）討論由圖2-1，圖2-1，圖2-3中，可以看出，在4-5月份，由于原始數據規律性不強，所以無論是灰色、還是BP網絡、GNNM(1,1)、小波神經網絡，預測結果相對于其它月份的準確率都要低一些。可見數據的選取在做預測算法時至關重要。在實際應用中，為了預測結果的準確度，數據去噪、缺失值處理是很重要的一環。（4）結論（1）灰色預測算法：數據量少，預測結果精確度不高（2）灰色神經網絡：數據量不大，時間不長，精確度較高，結果比小波神經網絡穩定（3） 小波神經網絡：數據量大，時間長，精確度較高，穩定性比灰色神經網絡差所以，在實際應用中應根據數據庫中的實際數據量、時間要求，選擇合適的模塊進行預測分析。5 剖面圖的實現222226 礦井水位（淹沒）實現33內部資料僅供參考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxG89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89Amv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz84!z89Amv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu