第七届工程地质大会论文76.doc

近风化带开采条件下基于GIS的工程地质决策模型 董青红 江国 满海英 （中国矿业大学 徐州 221008） 摘要：在进一步明确工程地质模型涵义的基础上，提出煤矿采动破坏的多因素工程地质模型并采用多因素GIS拟合建立模型，实现开采上限决策。试采验证了上述研究方法的合理性。 关键词：多因素 工程地质决策模型 开采上限 中图分类号：P642 文献识别码： A A Multifactor Engineering geology model and application in upper limit decision DONG Qinghong JIANG Guo MAN Haiying (China University of Mining Technology, Xuzhou, 221008) Abstract On discussing the meaning of engineering geology model at first, the paper brings up the concept of multifactor engineering geology model for overburden failure decision during coal mining. Then a fitting model basing on GIS is constructed and applied to upper limit decision. The result was approved in production. Key words Multifactor; Engineering geology decision model; Upper limit 1 引言 工程地质模型是孙玉科、许兵教授提出的工程地质新概念[1-3]，主旨是将工程涉及的“关键要素按真实的状态，巧妙的用图形表现出来”，是对工程地质条件的“浓缩”。这一概念为煤矿工程地质研究提供了较好的思路。以兖州矿区为例，为防止开采过程中煤层上覆松散层水砂突涌进入工作面，在矿井设计时留设了较大尺寸的防水（砂）煤岩柱，制约了矿井的可持续发展和煤炭资源开发利用。而煤系地层采动破坏又是多种工程地质条件与采矿条件共同作用的结果，因此可以从工程地质模型的角度进行分析研究。近年来，狄乾生和隋旺华等[4-9]结合“三下”采煤和开采覆岩移动的有限元分析对工程地质模型进行了深入研究，建立了厚松散含水层下确定开采上限的工程地质模型，并成功地应用于煤矿安全生产，为发展煤矿工程地质系统研究方法奠定了基础。 以下根据在兖州矿区取得的生产经验和研究成果，论述建立多因素工程地质模型的方法和应用于矿井生产的开采上限决策的实践。 2 近风化带开采条件下多因素工程地质决策模型的涵义 山西组3层煤是兖州矿区的主采煤层，上部存在巨厚（平均厚度约180m）的第四系松散层，其中第四系下组水构成了开采的主要间接充水含水层，在局部提高开采上限的采区和工作面，则可能成为直接充水含水层。虽然开展了较多的以防止水砂突涌、提高开采上限为目的的工程和研究实践，但余下的压煤量仍很可观。 以往的研究成果主要集中在对采动破坏形成的导水裂缝带和垮落带（以下简称“两带”）的现场实测、经验计算、模拟实验和数值预计几个方面，且取得了较为成功的经验。但因地质条件错综复杂，研究过程及考虑的因素条件在直观快速决策支持方面存在着一定的难度和不足。而根据以往研究经验可以总结，厚松散层下近风化带条件下煤层覆岩采动破坏与一系列地质、采矿因素有关[10-11]，即采动破坏高度（记为h）是多个地质、采矿因素(记为x1, x2, x3,…)的函数，即 (1) 若能形成考虑多个因素的数学模型，则可更为充分的预测采动破坏过程中的覆岩破坏范围，并能实时进行现场决策。笔者曾以太平矿8304工作面的实际资料建立了人工神经网络（ANN）决策模型，通过程序实现采动破坏预测[12]。而ANN提供的模型虽考虑因素较多，但模型的形式复杂，不便现场应用，若以隐式模型呼之，则以下从地理信息系统（GIS）拟合角度建立的模型则可称为显式工程地质多因素模型。 3 基于GIS的多因素工程地质决策模型 3.1采动覆岩破坏多因素评价 根据已有经验，采动条件下导水裂缝带和垮落带的发展主要取决于采厚、直接顶板岩性、覆岩厚度、顶板泥岩对裂隙发育的抑制作用和第四系松散层的性质和厚度等。经过分析得到兖州矿区杨庄、杨村、兴隆庄等矿井部分采区分层开采累计采厚采厚、岩性、覆岩厚度、第四系厚度与两带实测高度（导水裂缝带高度、垮落带高度）的关系，如图1～