1引言
　　礦井水害是指在煤礦基建和生產(chǎn)過(guò)程中地下水涌入采掘空間，由于排水能力相對(duì)不足而造成淹沒(méi)巷道、工作面、采區(qū)、礦井（不同水平乃至整個(gè)礦井）的現(xiàn)象。水害是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一、煤礦一旦遭遇水害，就會(huì)直接惡化礦井生產(chǎn)條件，增加采礦難度，影響煤炭資源的開(kāi)發(fā)，輕則使采礦成本增加，重則造成人死井毀的重大事故。
　　趙官井田隸屬山東黃河北煤田，為華北型石炭—二疊紀(jì)煤系。井田內(nèi)剝蝕面附近13煤層和底板奧灰在井田淺部均存在隱伏露頭，奧灰由于遭受了長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕，在地下水的長(zhǎng)期作用下，巖溶裂隙比較發(fā)育，富水性明顯變強(qiáng)，井田水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。當(dāng)開(kāi)采深部的太原組13煤層時(shí)，屬于承壓水上采煤，受底部的奧灰水威脅較大，因此必須在開(kāi)采前，運(yùn)用GIS和多源信息復(fù)合疊加處理方法對(duì)首采面13煤層底板奧灰進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū)，從而指導(dǎo)礦井13煤層底板奧灰突水災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，進(jìn)而保障礦井的生產(chǎn)安全。
　　2信息復(fù)合技術(shù)概述
　　2.1概念
　　信息復(fù)合技術(shù)是以地理坐標(biāo)確定的空間二維平面為基礎(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域、不同信息地理坐標(biāo)的統(tǒng)一，也就是所謂的空間配準(zhǔn)。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，它是多源地學(xué)信息（如地理信息、地質(zhì)信息、遙感信息等）進(jìn)行綜合處理的一種新方法。
　　2.2多源信息復(fù)合技術(shù)
　　多源信息復(fù)合可在專用的計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)支持下，利用地理信息軟件（MapGIS）來(lái)完成。多源信息復(fù)合并非是幾種信息的簡(jiǎn)單疊加，通過(guò)對(duì)原先幾種單因素信息的復(fù)合，往往可以得到原先幾種單獨(dú)信息所無(wú)法提供的新信息。因而，有效的信息復(fù)合疊加非常有助于提取更多有用的信息，有助于更科學(xué)、更準(zhǔn)確地刻畫(huà)底板突水災(zāi)害復(fù)雜的成因機(jī)理。
　　3研究區(qū)基于GIS多源信息復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用
　　3.1單因素分析
　　前人的研究成果表明：底板突水主要與地質(zhì)構(gòu)造、礦山壓力、水壓、底板隔水層等因素有關(guān)。其中煤層底板下的承壓含水層的存在是底板突水的先決條件，含水量是突水的物質(zhì)基礎(chǔ)，礦壓是底板突水的誘導(dǎo)因素，而水壓是底板突水的力源；隔水層是底板突水的抑制條件，其阻水能力取決于隔水層厚度、強(qiáng)度以及巖性組合關(guān)系。由于研究區(qū)尚未開(kāi)采，只能以下列已知因素進(jìn)行單因素分析。
　?。?）研究區(qū)奧灰富水性
　　含水層的富水性對(duì)底板突水及水量大小具有重要影響。對(duì)于一個(gè)特定的區(qū)域，如井田、采區(qū)、采掘工作面，底板灰?guī)r富水性主要取決于以下幾個(gè)方面：①灰?guī)r的厚度；②灰?guī)r的裂隙、巖溶發(fā)育程度及類型；③水文地質(zhì)單元；④巖溶水的補(bǔ)給條件和排泄條件；⑤是否處于徑流帶；⑥區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。
　　研究區(qū)內(nèi)，奧灰呈淺灰～灰色，致密堅(jiān)硬，局部巖溶裂隙發(fā)育，總體為富水性中等的巖溶裂隙承壓含水層，徑流補(bǔ)給循環(huán)條件較好，厚度大、區(qū)域富水性強(qiáng)，在縱向和橫向上含水性極不均一。
　　地面瞬變電磁資料表明：奧灰頂界面下40米的富水區(qū)呈多個(gè)近東西向條帶狀和北西西向串珠狀分布。主井附近富水性較好，副井附近富水性較差，深部及東部也有帶狀分布的富水區(qū)（見(jiàn)圖1）。
　?。?）奧灰—13煤層的隔水層阻水能力
　　奧灰上距13煤38.50米左右（見(jiàn)圖2）。按底板突水系數(shù)0.06MPa/m推算，安全水壓為2.31MPa，開(kāi)采13煤時(shí)，分別在-240米和-201米以下受底板奧灰水威脅，尤其是在構(gòu)造破碎帶和富水異常區(qū)，存在較大的奧灰底鼓水突水威脅。奧灰在歷史上遭受風(fēng)化剝蝕時(shí)間長(zhǎng)，古巖溶發(fā)育，且不受現(xiàn)埋藏深度控制，即使是井田深部，局部仍存在富水區(qū)和強(qiáng)徑流帶。因此，開(kāi)采13煤層時(shí)，對(duì)奧灰的影響應(yīng)引起足夠的重視。
　?。?）構(gòu)造復(fù)雜程度圖
　　斷裂構(gòu)造的性質(zhì)、規(guī)模和演化決定了井田水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度。斷裂的性質(zhì)、規(guī)模、發(fā)育層位等是影響斷裂富水性與導(dǎo)水性的重要方面。一般來(lái)說(shuō)，張性斷層較壓性和扭性斷層富水和導(dǎo)水性好，規(guī)模大的斷裂比規(guī)模小的斷裂更易形成富水和導(dǎo)水?dāng)鄬樱l(fā)育層位的影響也很重要，切穿含水層的斷層才能引發(fā)突水。
　　區(qū)內(nèi)發(fā)育有斷層10條，除F17斷層落差大于10米，其它斷層落差均小于10米（如圖3）。從瞬變電磁資料中視電阻率斷面圖和切片圖來(lái)看，斷層上下盤(pán)地層之間沒(méi)有明顯的電性差異，斷層附近沒(méi)有明顯低阻反映，反映了研究區(qū)內(nèi)斷層的含、導(dǎo)水性較差。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于斷層所受應(yīng)力的改變，破碎帶可能成為導(dǎo)水的途徑，應(yīng)引起足夠重視。
　　3.2多源信息復(fù)合
　　在MapGIS中，每個(gè)突水因素形成一個(gè)信息層，即一個(gè)信息層一般只包含一個(gè)因素的信息，它不能滿足通過(guò)一個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多因素綜合處理的要求。在進(jìn)行多因素?cái)M合分析之前，首先必須進(jìn)行復(fù)合處理，把各個(gè)有關(guān)因素的信息層復(fù)合成一個(gè)信息層，使所生成的信息存儲(chǔ)層中包含所有相關(guān)因素的信息，然后構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，對(duì)各個(gè)因素的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和分析。
　　復(fù)合處理的實(shí)質(zhì)是把兩個(gè)信息層合成為一個(gè)信息層，其中即包括地理定位信息的合成，也包括拓?fù)鋵傩孕畔⒌暮铣?。地理定位信息的合成是指坐?biāo)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)際上就是把兩個(gè)圖形配準(zhǔn)合成一個(gè)新的圖形。拓?fù)鋵傩孕畔⒌暮铣蓜t是指反映圖形本身拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)鋽?shù)據(jù)與圖形所反映的某一特征的專題數(shù)據(jù)的合成。它把原來(lái)兩個(gè)信息層中已有的屬性數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)在一起，同時(shí)又對(duì)合成后的圖形生成新的拓?fù)鋽?shù)據(jù)。
　　在MaPGIS中，復(fù)合處理即疊加分析，包括合并、相交、相減、判別四種方式，四種方式的作用各不相同，本次預(yù)測(cè)的復(fù)合處理采用合并方式。即根據(jù)單因素分析的結(jié)果，確定影響礦井水害的主要因素，在進(jìn)行復(fù)合處理時(shí)必須把這3個(gè)已知因素的信息層復(fù)合為一個(gè)信息層。復(fù)合處理后，各個(gè)因素專題圖的屬性信息均被保留，模型運(yùn)算時(shí)需要用的數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在屬性表中（見(jiàn)圖4）。
　　從復(fù)合疊加后的成果可以看出，由于13煤層和奧灰之間的間距在40米左右，相差不大，所以13煤層受奧灰底板突水整體性威脅較大；而瞬變電磁勘探顯示的富水區(qū)域和構(gòu)造復(fù)雜程度有很強(qiáng)的相關(guān)性，構(gòu)造復(fù)雜程度越高，其富水性越強(qiáng)，構(gòu)造是13煤層底板突水的主要因素。
　　4奧灰突水危險(xiǎn)性分區(qū)
　　根據(jù)對(duì)研究區(qū)已知因素的分析、多源信息復(fù)合疊加處理后的成果，根據(jù)底板突水理論和礦井實(shí)際情況，將研究區(qū)劃分為突水危險(xiǎn)區(qū)（Ⅰ區(qū)）、突水較危險(xiǎn)區(qū)（Ⅱ區(qū)）、突水較安全區(qū)（Ⅲ區(qū)）（見(jiàn)圖5）。
　　l）突水危險(xiǎn)區(qū)（Ⅰ區(qū)）：主要分布在研究區(qū)的西半部，富水區(qū)域分布廣泛，構(gòu)造復(fù)雜程度較高，在礦井的先期開(kāi)采中尤其做好13煤層底板奧灰突水的預(yù)防工作。
　　2）突水較危險(xiǎn)區(qū)（Ⅱ區(qū)）：主要分布在研究區(qū)的東部，富水區(qū)域分布較廣泛，構(gòu)造復(fù)雜程度中等，但右側(cè)有一落差較大斷層（F19斷層），所以先期開(kāi)采前首先做好大斷層的煤柱留設(shè)幾作。
　　3）突水較安全區(qū)（Ⅲ區(qū)）：主要分布在研究區(qū)的中部，分布有零星點(diǎn)珠狀富水區(qū)域，無(wú)落差大于5米以上斷層，但開(kāi)采之前也要做好底板奧灰的探訪水工作。
　　5結(jié)論
　　運(yùn)用GIS和多源信息復(fù)合技術(shù)對(duì)山東黃河北煤田趙官井田首采面進(jìn)行底板突水災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究：
　　l）在系統(tǒng)分析底板突水機(jī)理基礎(chǔ)上，提出研究區(qū)13煤層底板影響奧灰突水的各個(gè)因素，以GIS基本功能為工具，將各個(gè)因素生成專題信息圖，并進(jìn)行單因素分析；
　　2）通過(guò)對(duì)各個(gè)因素的分析和信息符合疊加，形成一個(gè)符合疊加的新的信息存儲(chǔ)層；
　　3）根據(jù)多源信息復(fù)合疊加后的成果，得出13煤層底板奧灰突水災(zāi)害GIS數(shù)學(xué)模型，確定奧灰突水災(zāi)害模式；對(duì)奧灰進(jìn)行了突水危險(xiǎn)程度分區(qū)。得出的成果能夠較好地指導(dǎo)13煤層底板奧灰突水的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。
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