[发明专利]煤层顶底板突水危险评价预测的BN-GIS方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿山顶底板涌突水的危险性评价预测方法，尤其是一种基于贝叶斯网络(Bayesian Network，以下简称为BN)-地理信息系统(Geographical Information System，以下简称为GIS)方法，即BN与GIS耦合的煤矿突水危险性的新型决策实用的方法。

背景技术

在我国的能源消费结构中，煤的消费比重远远高于其他。随着对煤炭持续的高需求，煤炭的开采条件越来越复杂，底板含水层和顶底板含水层中的地下水通过各种通道进入巷道，导致水害事故发生或者阻滞采掘工作面的正常生产的实例日益增多，且越来越严重。仅在2005年，全国发生水害事故109起、死亡605人，而且死亡100人左右的特别重大突水事故也偶有发生。因此，如何解决煤层顶底板涌突水危险性评价预测问题，对于减缓或杜绝煤矿安全生产的突水危险性具有极其重要的理论指导意义和实用价值。

多年来，煤矿突水的相关研究成为热点，自1956年前苏联卡明斯基、克利门托夫等人提出的矿床水文地质学提出以来，斯列萨列夫理论作为20世纪50年代标志性成果广泛应用于安全水头的计算，即通过计算巷道顶底板隔水层所能承受的安全水头来进行突水预测。随之出现了突水系数法、模糊综合评判法(王树元，1989)、基于GIS技术的多元信息拟合法(郑世书，武强，董东林1989)、三图-双预测法(武强，1999)、灰色理论法(许延春，1996)、神经元网络模型法(张璟，1995)等等。然而这些方法存在地质、水文地质数据前处理复杂、建模效果不是非常理想等缺点，并且在建模过程中需要具备较高地质专业、水文地质专业知识的人员进行干预。在实际突水决策中对建模的精度要求比较高，往往是通过揭露出的地质、水文地质条件的数据给出发生突水的概率。这一要求对于上述方法显然是无法满足的。

本发明经过大量的现场试验研究，通过实际突水案例，与BN和GIS结合，得出了一种对不精确知识的建模能力和概率推理技术、从不完全的、不精确的或不确定的知识和信息中能进行推理，产生最优预测和决策的方法，解决了煤矿顶底板突水过程中不确定突水因子的率定和煤矿顶底板突水概率预测的实际问题。

发明内容

本发明目的在于，满足中国煤炭工业可持续发展的需求，提供一种从构建煤层顶底板突水态势的安全评价指标体系，到突水危险区定量后验区划的安全态势评价预测方法。

本发明进一步目的在于，满足中国煤炭工业可持续发展的需求，提供一种从构建煤层顶(底)板突水态势的安全评价指标体系，到动态评价在已有开采强度和为完成增长任务加大开采强度两种前提下煤层开采的突水危险性的确定方法。

为了实现上述目的，经过长期的研究和实践，本发明采用了以下技术方案：煤层顶底板突水危险评价预测的BN-GIS法，包括以下步骤：

1.在煤矿地质、水文地质特征的系统分析基础上，结合现有采矿条件，构建煤矿突水安全态势的评价指标体系。

2.收集典型煤矿的突水案例，以突水类型为基础，建立突水态势先验概率模型。

3.根据多元地学信息复合原理，依据煤矿充水体系中断层导水性、褶皱强度、含水层水压、含水层富水性、含水层渗透性、隔水层厚度、隔水层强度、开采厚度以及矿压等方面的数据，构建安全态势评价因子的子专题图。利用GIS的空间分析功能对断层导水性、褶皱强度等9个专题图进行联合叠加分析，创建新的复合图层的属性表，并确定最小安全态势评价单元及其属性信息。

4.应用BN理论将从GIS中得到的属性数据库进行参数学习及网络推理，建立BN模型，计算条件概率，并依据计算的前验概率推算突水危险性的后验概率。

5.根据BN模型，动态评价并预测在已有开采强度前提下煤层开采回采工作面顶底板的突水危险性。

6.根据BN模型，动态评价并预测在为完成增长任务加大开采强度前提下煤层开采回采工作面顶底板的突水危险性。

7.根据模型计算的概率作为评价因子，并用GIS数据库存储，最终利用GIS的显示与制图功能表达。

由于采用了上述的“煤层顶底板突水危险评价预测的BN-GIS法”，本发明具有的有益效果是：

1.有效地实现了突水危险性建模，简化复杂的煤矿突水逻辑认知，充分利用了突水数据，尤其是已揭露的充水数据，减少了人为干预。