煤系碎屑岩类含水层富水性多因素耦合预测模型研究及其应用

Aquifers of clastic rocks in coal measures as the direct discharge aquifers, which water yield property effect the strength of mine water filling. Many mines faced with the problem were how to accurately predict the water yield property in the lack of hydrogeology exploration material conditions. This project takes the clastic aquifer of Zhiluo group in the Jurassic in the Ningdong Yuanyang Lake mining area as an example and research on the main effect parameter and prediction model of water yield property of clastic aquifer. The project discuss the contents of clastic rock aquifer of macro occurrence conditions and structure characteristics of the aquifer system, water storage space parameters of pore and fissure, quantitative index of all parameters, the relationship between each parameter and permeability. This project studies the factors of the influence law of water yield property. Complex coupling prediction model of water yield property of clastic aquifer was constructed based on rock space and combination characteristic, macroscopic and microscopic water space characteristics, and permeability heterogeneity. Coal seam aquifer risk was analyzed with three-source information fusion method. This project aims to look for a new method of prediction on water yield property of clastic aquifer in coal measures, and provide the basic of theory and technical to control water disaster in coal mine.

煤系碎屑岩类含水层常成为煤层开采的直接充水含水层，其富水性强弱决定了矿井充水强度。在缺少水文地质勘探资料的条件下如何较准确地确定其富水性，是许多矿井尤其是新建矿井面临的问题。本项目以宁东鸳鸯湖矿区侏罗系直罗组碎屑岩类含水层为研究对象，对其富水性主要影响因素和预测模型进行基础科学研究。研究碎屑岩类含水层宏观赋存条件和含水系统结构特征；精细研究孔隙、裂隙储水空间参数特征，并建立各个参数的定量指标；研究各个参数与渗透率的关系及其影响规律；研究各因素对含水层富水性的影响规律及贡献率；构建基于岩层空间分布及组合特征、宏观和微观储水空间特征，并考虑砂岩渗透率非均质性等多因素耦合的煤系碎屑岩类含水层富水性预测模型；利用三源信息复合法，结合预测结果对煤层顶板含水层危险性进行分析。项目旨在从理论上探索煤系碎屑岩类含水层富水性预测新方法，为矿井开展有针对性的防治水害工作提供理论和技术基础。

我国煤矿煤层开采经常受到煤系碎屑岩类含水层的影响，且常成为煤层开采的直接充水含水层，其富水性强弱决定了矿井充水强度。在缺少水文地质勘探资料的条件下如何较准确地确定其富水性，是许多矿井尤其是新建矿井面临的问题。本项目以鄂尔多斯盆地、华北型含煤盆地典型矿井为代表，研究了煤系碎屑岩含水层影响因素特征及富水性综合判别方法与预测模型的建立、验证与应用。以现场实测、数值模拟、数据统计等多种方法获得了煤层开采条件下的顶板导水裂缝带发育规律和高度，以及煤层底板破坏规律与深度，为合理划定影响的含水层范围奠定了基础。在概化分析各构造因素基础上，构建了“构造影响指数（TII）”全面表征断层和褶皱的规模、展布及导水机制。在采用岩性结构指数法的基础上，构建新的岩性结构指数，用来定量描述煤层顶板岩性和结构组合特征及对含水层富水性的影响，并根据一定的标准对其进行分级分区。本项目结合煤系碎屑岩地质、水文地质特征，综合考虑影响含水层富水性的主要因素，包括深度、厚度、断层、褶皱、岩性结构指数等，共9个指标，利用利用层次分析法、梯形模糊数方法计算因子主观权重,集合GIS技术建立了含水层富水性预测模型，实现了对各主控因素的定量表达，最终确定了含水层富水性分级分区图。本项目提出利用地质勘探信息对砂岩富水性进行预测的思路和方法，对指导矿井防治水工作提供基础，也为寻找基岩区富水区提供借鉴，具有较强的科学意义和广阔的推广应用前景。