Question

主要研究内容和技术路线

Answer 1

14. 2. 1 研究内容

为保证范各庄矿区石炭纪—奥陶纪地层中 14 煤层能够安全开采，本书主要根据所收集的资料( 范各庄地质报告、范各庄水文地质图、范各庄钻孔柱状图等) ，运用 GIS 与 BN 相结合的方法计算出各评价单元的突水概率，并以此为依据对研究区进行煤层陷落柱突水危险性评价，最终针对不同突水概率区域提出相应的防治措施。具体研究内容如下。

( 1) 研究 GIS 与 BN 的耦合技术，对其应用于煤层陷落柱突水进行可行性分析。

( 2) 建立煤层突水危险性评价基本理论体系。

( 3) 通过对煤层突水的主要影响因素的分析，建立包括地质构造特征、含水层条件、隔水层条件和开采活动 4 个方面的煤层陷落柱突水评价指标体系。

( 4) 利用 GIS 的数据采集功能和空间分析功能对收集到的相关资料进行量化，建立各个评价指标的专题图，同时建立了空间数据库。在此基础上对各子专题图进行叠加分析，确立评价单元，并生成多属性联合的空间数据库。

( 5) 在数据库建立的基础上，应用 BN 软件建立煤层突水的 BN 模型，进行模型解释和模型分析，编程设计实现 BN 模型推理模块，快速、批量计算出各评价单元的突水概率，以此为依据应用 GIS 空间分析模块，输出了陷落柱突水危险性评价图。

( 6) 利用 BN 模型、BN 推理模块、空间数据库以及 GIS 空间分析等模块，统筹设计“煤矿突水态势评价监测系统”，便于预测成果的查询、分析以及突水概率的更新推理，从而为相关政策的制定提供决策支持。

( 7) 提交最终成果并对成果进行分析，提出相应的防治措施。

14. 2. 2 技术路线

本章研究对象是范各庄 14 煤层陷落柱突水区域危险性评价，目的是从煤层陷落柱突水形成的基本条件、诱发动力分析入手，判明哪些区域容易发生突水，以及发生突水的概率等; 其研究方法主要是从地质因素和采矿因素出发，采用数理统计和人工智能等量化的数学方法，结合范各庄煤层突水调查结果，判定研究区内不同位置煤层突水发生的可能性的大小，最终探索出了一条矿井突水危险性评价的可行途径。具体研究路线如图 14. 1 所示，描述如下:

( 1) 资料收集: 收集研究区自然地理、地质、水文地质、钻孔等相关方面资料，并按照陷落柱危险性评价所需加以整理提取。

(2)评价指标体系构建:翔实系统地分析确定控制煤层突水的因素，正确建立煤层突水的评价指标体系。

(3)评价指标专题图建立:在煤层突水因素分析确定的基础上，以GIS的空间数据统计分析功能为操作平台，利用其强大的空间信息查询处理分析能力，对各种图形信息进行量化，建立煤矿突水各评价因子的子专题图层。

(4)多因素叠加分析确定评价单元:应用GIS的空间分析功能进行多源地学信息的复合叠加，实现同一区域、同一比例尺、同一地理坐标系统的不同信息的叠加，确定研究区评价单元，同时生成了空间数据库。

(5)BN模型建立:基于空间属性数据库，应用Genie软件，运用BN的相关知识构建突水因素和突水事件的BN模型。

(6)BN分析:通过BN分析得到最易于诱发突水事件的相关因子集合。

(7)BN推理:在Visual Studio开发平台下，选用C Sharp编程语言，利用匹斯堡大学决策实验室设计的SmileNet动态库，进行程序设计，实现BN模型与GIS空间分析、查询模块的数据交互，完成BN先验概率学习及其突水后验概率批量推理。

(8)评价分区:依据上述突水预测概率计算结果，应用GIS空间分析的属性分级显示模块，按照区域突水危险级别，在图层上进行分色显示，最终得出煤层突水危险性评价图。

(9)运用样本二分法对评价模型进行验证，证明此评价方法的可行性。