李建林,張洪云,王心義,馮有利,劉 洲,韓 樂

(1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,河南焦作 454003;2.河南龍宇能源陳四樓煤礦,河南永城 476600)

脆弱性指數(shù)法在煤層底板突水預(yù)測(cè)中的應(yīng)用與建議

李建林1,張洪云1,王心義1,馮有利1,劉 洲2,韓 樂1

(1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,河南焦作 454003;2.河南龍宇能源陳四樓煤礦,河南永城 476600)

為了提高脆弱性指數(shù)法預(yù)測(cè)煤礦底板突水的可靠性,利用分形理論對(duì)陳四樓煤礦井田南部采區(qū)斷層展開分析和討論,在此基礎(chǔ)上,利用AHP脆弱性指數(shù)法對(duì)該區(qū)域底板突水危險(xiǎn)性進(jìn)行了分區(qū)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:用斷層空間分布的分形維數(shù)Ds替代斷層分布密度、斷層規(guī)模和斷層性質(zhì)等因素,使預(yù)測(cè)的主控因素減少了3項(xiàng);預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際突水位置擬合較好(僅1處突水點(diǎn)不在預(yù)測(cè)區(qū)域)。由此可得:Ds的大小是斷層數(shù)量、規(guī)模、組合方式及動(dòng)力學(xué)機(jī)制等的綜合體現(xiàn);利用基于分形的AHP脆弱性指數(shù)法進(jìn)行煤礦底板突水預(yù)測(cè)可以提高預(yù)測(cè)精度。

底板突水;脆弱性指數(shù)法;斷層分維;主控因素權(quán)重

我國(guó)煤田經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的煤炭開采,多數(shù)煤層的開采已進(jìn)入深層位,特別是華北型煤田,大部分礦井已經(jīng)開采石炭系下部煤層。由于石炭系下部煤層距奧陶系灰?guī)r近,煤礦受巖溶水威脅底板突水現(xiàn)象尤為突出。我國(guó)對(duì)底板突水規(guī)律的系統(tǒng)研究開始于20世紀(jì)60年代,眾多學(xué)者在研究底板突水過程中提出多種突水評(píng)價(jià)理論與方法,主要包括突水系數(shù)法、下三帶說、P-h臨界系數(shù)法、巖－水應(yīng)力關(guān)系法、板模型理論和脆弱性指數(shù)法等[1]。其中突水系數(shù)法由于其物理概念簡(jiǎn)單,計(jì)算方便,現(xiàn)場(chǎng)易于操作,一直是我國(guó)煤層底板突水評(píng)價(jià)的主要方法[2];而脆弱性指數(shù)法由于綜合考慮了底板突水的多個(gè)主控因子及相對(duì)權(quán)重,體現(xiàn)出突水過程的非線性,同時(shí)也具有概念明確、計(jì)算程序簡(jiǎn)單、操作便利的特點(diǎn),近年來也得到較為廣泛的應(yīng)用。和其他評(píng)價(jià)方法一樣,在應(yīng)用過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)其局限性,并逐步完善,這樣才能提高脆弱性指數(shù)法評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的效果和精度,為煤層底板突水脆弱性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)提供更可行的技術(shù)方法支撐。

1 脆弱性指數(shù)法及其特點(diǎn)分析

脆弱性指數(shù)法以GIS為操作平臺(tái),分析確定煤層底板突水主控因素,經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、分析和處理,建立各主控因素的子專題層圖;應(yīng)用多源地學(xué)數(shù)據(jù)復(fù)合疊加原理,采用現(xiàn)代線性或非線性數(shù)學(xué)方法(如ANN、證據(jù)權(quán)重法、Logistic回歸、AHP等),通過模型的反演識(shí)別或?qū)W習(xí)訓(xùn)練,確定煤層底板突水的各主控因素對(duì)復(fù)雜突水過程的貢獻(xiàn)(或權(quán)重),建立煤層底板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)模型;根據(jù)研究區(qū)各單元計(jì)算的突水脆弱性指數(shù)頻率直方圖分析,合理確定突水脆弱性分區(qū)閾值,對(duì)煤層底板突水脆弱性做出科學(xué)的區(qū)劃和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)[2]。

脆弱性指數(shù)法預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)是礦井地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件的準(zhǔn)確識(shí)別和資料的有效獲取;其核心是底板突水各主控因素的貢獻(xiàn)(或權(quán)重)的確定。利用ANN、證據(jù)權(quán)重法、Logistic回歸方法的前提是研究區(qū)域前期突水資料足夠的多,否則學(xué)習(xí)訓(xùn)練或回歸的可靠程度無法保證;利用AHP,要求進(jìn)行對(duì)比分析的主控因素一般不超過9個(gè)[3]。武強(qiáng)等總結(jié)出底板發(fā)生突水的主控因素主要分為充水含水層、底板隔水巖段防突性能、地質(zhì)構(gòu)造、礦壓破壞發(fā)育帶和導(dǎo)升發(fā)育帶等5個(gè)大類,共23個(gè)影響因素[4]。需要這23個(gè)因素中選擇9個(gè)左右的主要因素,再利用AHP進(jìn)行對(duì)比分析,這個(gè)過程出現(xiàn)誤差的可能性也是很大的,所以有必要對(duì)這五大類23個(gè)因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹⒑侠淼膲嚎s后再進(jìn)行篩選。

2 斷層的分形特征及分維計(jì)算

2.1 斷層的分形特征

分形揭示了事物部分與整體之間的內(nèi)在聯(lián)系,為研究復(fù)雜現(xiàn)象提供了新的思路和方法。就斷層構(gòu)造而言,日本學(xué)者平田隆幸證明:巖石破裂具有自相似結(jié)構(gòu),無論是微破裂、節(jié)理系、斷層系,不同尺度的斷層,其幾何圖象都具有特定的分形維數(shù);Scholz and Aviles指出,斷裂體系空間分布分維值的大小是斷層數(shù)量、規(guī)模、組合方式及動(dòng)力學(xué)機(jī)制綜合體現(xiàn)的一項(xiàng)綜合性指標(biāo);陳江峰、謝焱石等認(rèn)為,影響斷裂構(gòu)造分維值的因素有介質(zhì)的物化性質(zhì)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等;煤礦斷層分維值越大,礦井突水的單位涌水量也越大,煤層底板突水危險(xiǎn)性就越大[5]。所以,用分維代替常用的密度等指標(biāo)來評(píng)價(jià)礦井?dāng)嗔训膹?fù)雜程度更合理和準(zhǔn)確。

斷層是底板突水的主要因素之一,在23個(gè)主控因素中斷層就占了5條,而斷層分維可以將其合成1條,不僅提高了評(píng)價(jià)指標(biāo)本身的準(zhǔn)確度,而且由于分維是無量綱的數(shù)值,更易進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的對(duì)比分析。

2.2 斷層分維的計(jì)算

分維有許多不同的定義,斷層網(wǎng)格主要采用自相似維數(shù)Ds進(jìn)行計(jì)算。一個(gè)集合由N(r)個(gè)與它相似比為r的部分組成,則有

將研究區(qū)進(jìn)行正方形塊段的劃分,取相似比r= 1,1/2,1/4,1/8,利用移動(dòng)窗口法得到每一級(jí)別下斷層跡線穿過網(wǎng)格的數(shù)目N(r),利用式(1)求得各個(gè)塊段的斷層網(wǎng)絡(luò)的相似維Ds。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)概述

陳四樓煤礦位于豫、皖兩省交界的河南省永城市北部。井田東起二2煤層露頭線,西至F9與F2斷層為界,南到F6斷層與城郊井田為鄰,北以F11斷層為界。井田位于永城隱伏背斜的西翼,構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造一致,地層總體走向北北西,向南西西傾斜,基本為一單斜構(gòu)造。而礦井內(nèi)部地層走向變化較大。井田內(nèi)部構(gòu)造近東西向以斷層表現(xiàn)為主,褶曲表現(xiàn)次之;近南北向構(gòu)造以褶曲表現(xiàn)為主,斷層表現(xiàn)次之。礦井自1997年生產(chǎn)以來已發(fā)生過7次突水,最大突水量1 046 m3/h,其中5次為斷層構(gòu)造導(dǎo)通太原組灰?guī)r出水。本研究主要針對(duì)井田南部的深部采區(qū)進(jìn)行。

3.2 層次結(jié)構(gòu)模型的建立

根據(jù)陳四樓煤礦南部采區(qū)的地質(zhì)、構(gòu)造、水文等條件的分析,確定研究區(qū)二2煤底板突水的主控因素及其層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

由圖1可以看出,地質(zhì)構(gòu)造對(duì)應(yīng)的主控因素只有斷層分維1個(gè),全部因素4個(gè),構(gòu)建判斷矩陣則更準(zhǔn)確。

圖1 底板突水脆弱性評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Hierarchical analysis model of vulnerability assessment on floor water brsting

3.3 判斷矩陣的構(gòu)建

根據(jù)對(duì)陳四樓南部采區(qū)二2煤層底板突水因素的分析,運(yùn)用“專家打分法”、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)推理對(duì)影響突水的眾多因素進(jìn)行評(píng)分。通過各因素的兩兩比較(圖1),在底板突水脆弱性評(píng)價(jià)這一目標(biāo)(A)下,構(gòu)建準(zhǔn)則層Bj的判斷矩陣B及指標(biāo)層Cj的判斷矩陣C。其中:

經(jīng)過計(jì)算,判斷矩陣B和C都通過一致性檢驗(yàn);各指標(biāo)Cj對(duì)總目標(biāo)A的權(quán)重,即煤層底板突水的主控因素對(duì)突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的權(quán)重值為

3.4 脆弱性指數(shù)法評(píng)價(jià)

3.4.1 單因素歸一化專題圖

為了消除主控因素不同量綱的數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,運(yùn)用GIS的字段計(jì)算功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,做出各主控因素的歸一化專題圖(圖2)。

圖2 底板突水主控因素的歸一化專題圖Fig.2 The thematic maps of each main factor influencing the floor water bursting

3.4.2 專題圖復(fù)合疊加

把各主控因素的歸一化信息存儲(chǔ)層復(fù)合成一個(gè)信息存儲(chǔ)層,該信息存儲(chǔ)層中包含所有相關(guān)因素的信息。復(fù)合疊加處理實(shí)質(zhì)上就是把各單因素消除量綱后的歸一化專題圖,配準(zhǔn)合成一個(gè)新的圖形,并重新建立拓?fù)潢P(guān)系,形成新的拓?fù)潢P(guān)系屬性表。

3.4.3 模型的建立

引入脆弱性指數(shù)IV(vulnerability index)的初始模型來對(duì)煤層底板突水脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià),即

式中,IV為脆弱性指數(shù);Wk為影響因素權(quán)重;fk(x,y)為單因素影響值函數(shù);x,y為地理坐標(biāo);n為影響因素的個(gè)數(shù)。

由式(2)可以得出陳四樓煤礦南部采區(qū)二2煤層底板太灰上段含水層突水脆弱性評(píng)價(jià)模型,即

3.4.4 煤層底板突水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)

通過自然分級(jí)法對(duì)底板脆弱性指數(shù)進(jìn)行處理,得到5級(jí)分級(jí)結(jié)果。各級(jí)閾值分別為0.44,0.50, 0.55,0.59。脆弱性指數(shù)越大,突水的可能性也就越大。

根據(jù)分級(jí)閾值將研究區(qū)域劃分為5個(gè)區(qū)域:①底板突水脆弱區(qū)(IV＞0.59);②底板突水較脆弱區(qū)(0.55＜IV≤0.59);③底板突水過渡區(qū)(0.50＜IV≤0.55);④底板突水較安全區(qū)(0.44＜IV≤0.50);⑤底板突水相對(duì)安全區(qū)(IV≤0.44)。

3.4.5 模型的識(shí)別與檢驗(yàn)

根據(jù)最大幾率的規(guī)則,發(fā)生突水的位置應(yīng)在脆弱性系數(shù)較大的區(qū)域。對(duì)底板突水脆弱性模型的識(shí)別用已知突水點(diǎn)出現(xiàn)的位置檢驗(yàn)。當(dāng)突水點(diǎn)位置落在脆弱系數(shù)最大或較大區(qū)域的百分率大于90%時(shí),則可以認(rèn)為所得的模型較為滿意。否則就需要調(diào)整參數(shù),對(duì)所得脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)圖重新擬合,直至擬合率符合要求。根據(jù)陳四樓煤礦南部采區(qū)井下突水點(diǎn)臺(tái)賬(部分),將已知的突水點(diǎn)與脆弱性分區(qū)圖疊加,得到二2煤層底板太灰上段含水層脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)擬合圖(圖3)。

從圖3可看出,T－04突水點(diǎn)處于脆弱性評(píng)價(jià)脆弱區(qū),T－03處于較脆弱區(qū),T－05處于過渡區(qū),評(píng)價(jià)結(jié)果與與實(shí)際突水位置擬合較好,生成的煤層底板突水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)圖準(zhǔn)確度較高,評(píng)價(jià)結(jié)果比較理想。

圖3 煤層底板太灰上段含水層脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)擬合Fig.3 Fitting chart of division evaluation of vulnerability assessment on Taiyuan Formation limestone water inrushing

4 討 論

(1)脆弱性指數(shù)法以GIS為操作平臺(tái),采用ANN、證據(jù)權(quán)重法、Logistic回歸和AHP方法進(jìn)行煤層底板突水預(yù)測(cè)。就ANN、證據(jù)權(quán)重法、Logistic回歸3種方法而言,由于這3種方法的應(yīng)用前提需要研究區(qū)域前期豐富的突水觀測(cè)資料,限制了這3種方法的應(yīng)用。自2006年武強(qiáng)提出脆弱性指數(shù)法以來,僅在河南鶴壁十礦、河北邢臺(tái)章村礦和邯鄲九龍礦采用以上方法展開研究[6－8];但預(yù)測(cè)效果均比較理想,說明基于ANN、證據(jù)權(quán)重法、Logistic回歸的脆弱性指數(shù)法應(yīng)用于底板突水評(píng)價(jià)是切實(shí)可行的。武強(qiáng)通過實(shí)例應(yīng)用研究認(rèn)為:ANN人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)綜合因素考慮最為全面,預(yù)測(cè)結(jié)果最為理想;證據(jù)權(quán)模型和加權(quán)邏輯回歸模型雖然對(duì)斷層的刻畫并不是很理想,但對(duì)于面積元單因素的考慮要更加充分,預(yù)測(cè)結(jié)果也比較符合實(shí)際情況[8]。從圖3可以看出,T－04突水點(diǎn)處于脆弱性評(píng)價(jià)脆弱區(qū),T－03處于較脆弱區(qū),僅T－05處于過渡區(qū)。

(2)目前,脆弱性指數(shù)法預(yù)測(cè)底板突水主要集中于AHP方法的應(yīng)用,預(yù)測(cè)效果均較為理想[9－16]。對(duì)其主控因素進(jìn)行分析(表1)可以看出:利用AHP方法進(jìn)行主控因素的權(quán)重分析時(shí),主控因素的個(gè)數(shù)基本都在9個(gè)以下,這樣所得權(quán)重則較為可靠;而與斷層相關(guān)的主控因素基本為3個(gè)(斷層分布密度、斷層規(guī)模和斷層性質(zhì))。

在以上研究中,如果用斷層分形維數(shù)Ds替代與斷層相關(guān)的3個(gè)因素,主控因素的個(gè)數(shù)將整體減少2個(gè),所構(gòu)造的判斷矩陣將會(huì)更加準(zhǔn)確。

表1 基于AHP的脆弱性指數(shù)法應(yīng)用研究的主控因素統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of main controlling factors in papers about AHP vulnerable index method

(3)國(guó)內(nèi)外不同區(qū)域的斷層構(gòu)造的分形維數(shù)Ds基本上在0.7～1.8變動(dòng),差別比較明顯[5]。造成這些差異的原因,除了選擇研究的地域不同以外,還有2個(gè)很重要的原因:①測(cè)度的選擇不同。測(cè)度的選擇須力求反映出無標(biāo)度區(qū)的規(guī)律性。作為一門新的學(xué)科,對(duì)于分形基礎(chǔ)理論的研究還不完善,所以如何選擇測(cè)度,還需在理論和實(shí)踐兩方面進(jìn)行深入的探討和研究。②對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的取樣和統(tǒng)計(jì)過程的不同。這屬于人為的原因,可以盡可能的避免,但不能絕對(duì)避免。也就是說,就同一區(qū)域而言,不同的研究者計(jì)算的斷層分形維數(shù)Ds也會(huì)有所不同,這將對(duì)主控因素權(quán)重的確定和權(quán)重的可靠性產(chǎn)生不良的影響。

5 結(jié) 論

(1)斷層空間分布的分形維數(shù)Ds的大小是斷層數(shù)量、規(guī)模、組合方式及動(dòng)力學(xué)機(jī)制的綜合體現(xiàn);用Ds替代脆弱性指數(shù)法中與斷層相關(guān)的因素,使預(yù)測(cè)的主控因素的數(shù)量減少2～3項(xiàng);且Ds是無量綱的數(shù)值,更易進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的對(duì)比與計(jì)算。

(2)利用基于分形的AHP脆弱性指數(shù)法進(jìn)行煤礦底板突水分區(qū)預(yù)測(cè)與評(píng)估,預(yù)測(cè)結(jié)果與與實(shí)際突水位置擬合較好(僅1處實(shí)際突水點(diǎn)未在脆弱區(qū)),生成的煤層底板突水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)圖準(zhǔn)確度高。

(3)本研究只是從理論說明了利用斷層分維的AHP脆弱性指數(shù)法將優(yōu)于傳統(tǒng)的AHP脆弱性指數(shù)法,但在實(shí)例分析中未進(jìn)行對(duì)比研究。關(guān)于這一點(diǎn)將在以后的研究中加以改進(jìn)。

[1] 杜金龍,曾健勇.華北下組煤底板突水及涌水量預(yù)測(cè)方法淺析[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2011,23(9):38－41.

Du Jinlong,Zeng Jianyong.Elementary analysis on lower group coal floor water bursting and water inflow prediction in North China coalfields[J].Coal Geology China,2011,23(9):38－41.

[2] 武 強(qiáng),張志龍,張生元,等.煤層底板突水評(píng)價(jià)的新型實(shí)用方法Ⅱ——脆弱性指數(shù)法[J].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(11):1121－1126.

Wu Qiang,Zhang Zhilong,Zhang Shengyuan,et al.A new practical methodology of the coal floor water bursting evaluatingⅡ:The vulnerable index method[J].Journal of China Coal Society,2007,32 (11):1121－1126.

[3] 姜啟源.數(shù)學(xué)模型(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1993.

[4] 武 強(qiáng),張志龍,馬積福.煤層底板突水評(píng)價(jià)的新型實(shí)用方法Ⅰ—主控指標(biāo)體系的建設(shè)[J].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(1):42－47.

Wu Qiang,Zhang Zhilong,Ma Jifu.A new practical methodology of the coal floor water bursting evaluatingⅠ:The master controlling index system construction[J].Journal of China Coal Society,2007,32 (1):42－47.

[5] 李建林,張洪云,馮有利,等.煤礦斷層構(gòu)造復(fù)雜程度的非線性分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2011,22(4):69－73.

Li Jianlin,Zhang Hongyun,Feng Youli,et al.Nonlinear analysis of complexity of faults structures in coal mines[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2011,22(4):69－73.

[6] 武 強(qiáng),龐 偉,戴迎春,等.煤層底板突水脆弱性評(píng)價(jià)的GIS與ANN耦合技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào),2006,31(3):314－319.

Wu Qiang,Pang Wei,Dai Yingchun,et al.Vulnerability forecasting model based on coupling technique of GIS and ANN in floor groundwater bursting[J].Journal of China Coal Society,2006,31(3): 314－319.

[7] 武 強(qiáng),謝淑寒,裴振江,等.煤層底板突水評(píng)價(jià)的新型實(shí)用方法Ⅲ——基于GIS的ANN型脆弱性指數(shù)法應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(12):1301－1306.

Wu Qiang,Xie Shuhan,Pei Zhenjiang,et al.A new practical methodology of the coal floor water bursting evaluatingⅢ:The application of ANN vulnerable index method based on GIS[J].Journal of China Coal Society,2007,32(12):1301－1306.

[8] 武 強(qiáng),張 波,趙文德,等.煤層底板突水評(píng)價(jià)的新型實(shí)用方法V:基于GIS的ANN型、證據(jù)權(quán)型、Logistic回歸型脆弱性指數(shù)法的比較[J].煤炭學(xué)報(bào),2013,38(1):21－26.

Wu Qiang,Zhang Bo,Zhao Wende,et al.A new practical methodology of coal seam floor water burst evaluation:The comparison study among ANN,the weight of evidence and the logistic regression vulnerable index method based on GIS[J].Journal of China Coal Society, 2013,38(1):21－26.

[9] 武 強(qiáng),王金華,劉東海,等.煤層底板突水評(píng)價(jià)的新型實(shí)用方法Ⅳ—基于GIS的AHP型脆弱性指數(shù)法應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào), 2009,34(2):233－238.

Wu Qiang,Wang Jinhua,Liu Donghai,et al.A new practical methodology of the coal floor water bursting evaluatingⅣ:The application of AHP vulnerable index method based on GIS[J].Journal of China Coal Society,2009,34(2):233－238.

[10] 武 強(qiáng),楊 柳,朱 斌,等.脆弱性指數(shù)法在趙各莊礦底板突水評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2009,21(6):40－45.

Wu Qiang,Yang Liu,Zhu Bin,et al.Application of vulnerability index method in coal floor water bursting evaluation in Zhaogezhuang Coal Mine[J].Coal Geology of China,2009,21(6):40－45.

[11] 羅 成.GIS的AHP型脆弱性指數(shù)法在李雅莊礦底板突水評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探,2012,40(5):47－50.Luo Cheng.The water inrush evaluation based on AHP vulnerability index method in Liyazhuang mining area[J].Coal Geology&Exploration,2012,40(5):47－50.

[12] 陳 智,朱 斌,李本召,等.脆弱性指數(shù)法在百色煤礦突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源,2012,28(11):21－26.

Chen Zhi,Zhu Bin,Li Benzhao,et al.Application of vulnerability index for predication and assessment of coal water Bursting in Baise coalfield[J].Shandong Land and Resources,2012,28(11):21－26.

[13] 王凌鶴,李進(jìn)朋,王建忠.脆弱性指數(shù)法在沙曲礦上組煤突水性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2011,37(8):42－45.

Wang Linghe,Li Jinpeng,Wang Jianzhong.Application of vulnerability index for predication and assessment of upper coal group water inrush in Shaqu Mine[J].China Coal,2011,37(8):42－45.

[14] 樊振麗,武 強(qiáng),孫曉宇.梧桐莊礦多含水層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].煤礦開采,2011,16(5):89－93.

Fan Zhenli,Wu Qiang,Sun Xiaoyu.Evaluation of floor water-burst danger over multi-aquifer in Wutongzhuang colliery[J].Coal Mining Technology,2011,16(5):89－93.

[15] 武 強(qiáng),劉守強(qiáng),賈國(guó)凱.脆弱性指數(shù)法在煤層底板突水評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2010(6):15－20.

Wu Qiang,Liu Shouqiang,Jia Guokai.Application of vulnerable index method in the assessment of water outbursts from coal seam floor[J].China Coal,2010(6):15－20.

[16] 張 隆,趙海陸,田 蕾.基于GIS的煤層底板突水脆弱性評(píng)價(jià)——以山西曹村井田為例[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào), 2012,23(3):86－90.

Zhang Long,Zhao Hailu,Tian Lei.The risk evaluation of coal floor inrush water based on GIS:Example for Cao Village Ida[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2012,23(3): 86－90.

Application and suggestion on vulnerable index method of coal seam floor water burst evaluation

LI Jian-lin1,ZHANG Hong-yun1,WANG Xin-yi1,FENG You-li1,LIU Zhou2,HAN Le1

(1.Instituite of Resources&Environment,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China;2.Chensilou Coal Mine,Henan Longyu Energy Co.,Ltd., Yongcheng 476600,China)

In order to improve the reliability of predicting the coal floor water inrush with the vulnerability index method,the fractal theory was used to analyze and discuss the fault in the southern mining area of Chensilou Coal Mine.On this basis,the AHP vulnerability index method was applied to make the prediction and evaluation of the partition for the danger of the coal seam floor water burst in the region.The results show that:fault density,fault scale,the nature of the fault and other factors are replaced by the fractal dimension(Ds)of the fault spatial distribution,which reduced three main control factors predicted;the predicted results and the actual water inrush location has better fitting(only one water inrush point was not in the predict regional).It can be obtained:Dsis the comprehensive reflection of the fault number,size,combination and dynamics mechanism;the AHP vulnerability index method based on fractal theory is used to predict the coal floor water bursting,which can improve the prediction accuracy.

floor water bursting;vulnerable index method;fractal dimension of fault;weight of main controlling factors

TD745.2

A

0253－9993(2014)04－0725－06

李建林,張洪云,王心義,等.脆弱性指數(shù)法在煤層底板突水預(yù)測(cè)中的應(yīng)用與建議[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(4):725－730.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0580

Li Jianlin,Zhang Hongyun,Wang Xinyi,et al.Application and suggestion on vulnerable index method of coal seam floor water burst evaluation[J].Journal of China Coal Society,2014,39(4):725－730.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0580

2013－05－02 責(zé)任編輯:韓晉平

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41272250)

李建林(1973—),男,甘肅天水人,教授,博士。E－mail:ljl.wy@163.com