CN113792499A - 基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿防治水技术领域,尤其是基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,现提出如下方案,包括以下步骤:S1确定松散承压含水层富水性等级,并依据松散承压含水层的富水性强弱进行赋值;S2归纳影响松散承压含水层富水性所属等级的影响因素;S3对松散承压含水层的抽放水试验孔含水层沉积特征进行量化;S4收集并整理影响因素数据以及单位涌水量数据,分别构成自变量和分组变量。本发明避免了现场抽放水试验,依据已有的地质勘探钻孔资料就可以确定含水层富水性等级,并且可以根据水位变化实现含水层富水性等级的动态确定,大大减少了人力物力财力的消耗,并且简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿防治水技术领域,尤其涉及基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法。
背景技术
煤炭是我国重要的矿产资源,在煤炭开采过程中,水害防治是安全生产的重中之重。尤其在松散承压含水层下进行开采活动,含水层距离煤层近且富水性较好,发生突水事故的后果较为严重。因此确定松散承压含水层的富水性显得尤为关键。
现有技术中,确定松散承压含水层富水性的方法主要有抽放水试验法、地球物理勘探法、多因素复合评价法。抽放水试验操作费时费力,且试验结束后要对试验钻孔进行封堵,不可再次进行试验;物探手段进行富水性评价,评价结果会因为解释人员经验与技术水平的不同而不同,且评价结果不能与《煤矿防治水细则》中划定的含水层富水性等级相对应;多因素复合评价法关键在于影响因素的选取以及权重的确定,影响因素要充分体现松散承压含水层富水性的特点,权重的确定要兼顾数据与专家的综合评价。现有技术都没有对含水层的沉积特征与富水性之间的关系进行详细刻画,从而导致富水性的确定过程产生误差,为此需要一种基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法。
发明内容
本发明提出的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,解决了现有技术中如何实现考虑沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,包括以下步骤:
S1确定松散承压含水层富水性等级,并依据松散承压含水层的富水性强弱进行赋值;
S2归纳影响松散承压含水层富水性所属等级的影响因素;
S3对松散承压含水层的抽放水试验孔含水层沉积特征进行量化;
S4收集并整理影响因素数据以及单位涌水量数据,分别构成自变量和分组变量;
S5根据Fisher判别分析方法,利用SPSS完成判别分析,获得判别分析函数与质心值;
S6整理待确定富水性的松散承压含水层对应的数据,将其代入判别分析函数,根据判别函数值与质心值之间的距离,确定富水性等级。
优选的,所述步骤S1包括:
根据《煤矿防治水细则》附录一,将含水层富水性划分为弱富水性、中等富水性、强富水性以及极强富水性4个等级,并分别进行赋值。
优选的,所述影响因素包括:含水层水位埋深、含水层顶板埋深以及含水层沉积特征。
优选的,所述含水层沉积特征量化结果采用以下步骤得到,其步骤为:
A1对含水层岩性进行分类,并依据其与富水性的正相关性进行赋值;
A2依据现有水文地质资料,对应钻孔柱状图,获取含水层中从浅至深不同岩性的厚度数据;
A3按照岩性,厚度,……,岩性,厚度的格式,整理出钻孔沉积特征的量化结果,为了保证含水层沉积特征量化结果在数据维度上的统一,以维度最大的量化结果为统一标准,维度不足者用岩性为粉砂,厚度为0进行填充。
优选的,所述自变量和分组变量采用以下步骤得到,其步骤为:
B1整理松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据以及对应的单位涌水量数据;
B2将松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据依次填补在对应钻孔的沉积特征量化结果的后方,构成自变量;
B3步骤S1中赋值后的单位涌水量数据构成分组变量。
优选的,所述判别分析函数与质心值采用以下步骤得到,其步骤为:
C1数据输入SPSS软件,选择分析—分类—判别完成判别分析过程;
C2根据输出的Fisher判别分析结果,获取判别分析函数Y以及质心值。
本发明详细刻画了含水层的沉积特征,相较于以往方法中简单的砂泥比、卵砾石比等影响因素更加细致和精确。
另外,本方法确定松散承压含水层富水性时,将含水层水位埋深作为影响因素之一进行考虑,由于地下水位是动态变化的,因此,本发明实施例可以动态地评价松散承压含水层富水性。并且本方法不需要再次进行抽放水试验,所有数据都是根据已有的地质勘探钻孔获得,大大减少了工作量,节约了人力物力。
最后,本发明操作简单,易于实际应用,为松散承压含水层富水性的确定提供了一种新的方法和思路。
附图说明
图1为本发明提出的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1,基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,包括以下步骤:
S1确定松散承压含水层富水性等级,并依据松散承压含水层的富水性强弱进行赋值;
根据2018年国家煤矿安全监察局印发《煤矿防治水细则》附录一规定,含水层富水性根据单位涌水量q值的大小被分为弱富水性(q≤0.1L/(s·m))、中等富水性(0.1L/(s·m)<q≤1L/(s·m))、强富水性(1L/(s·m)<q≤5L/(s·m))、极强富水性(5L/(s·m)<q)这四类,将其分别赋值为“1”、“2”、“3”、“4”。
S2归纳影响松散承压含水层富水性所属等级的影响因素;
根据资料分析与实际生产情况,影响松散承压含水层富水性的影响因素归纳为3个:含水层水位埋深、含水层顶板埋深、含水层沉积特征;
含水层水位埋深
地下水位埋深直接表征含水层的水压力大小,水位埋深越浅即代表含水层水压力越大,单位m;
含水层顶板埋深
含水层顶板埋深代表了上覆应力的大小,顶板埋深越大,上覆应力越大,对地下水产生的压力就越大,富水性就越强,单位m;
含水层沉积特征
沉积特征对松散承压含水层富水性的影响主要体现在以下三个方面:含水层岩性、含水层各岩性厚度以及沉积顺序;含水层岩性、沉积厚度或沉积顺序不同,都会对松散承压含水层的富水性产生较大影响。
S3对松散承压含水层的抽放水试验孔含水层沉积特征进行量化;
含水层沉积特征量化结果采用以下步骤得到,其步骤为:
A1对含水层段的岩性进行分类,并依据其与富水性的正相关性进行赋值,即依据含水层不同岩性的储水能力大小进行赋值,储水能力越强赋值越大,相对应的富水性越强,具体赋值情况见表1:
表1含水层岩性赋值
A2依据现有水文地质资料,对应钻孔柱状图,获取含水层中从浅到深各岩性对应的厚度数据;
A3按照岩性,厚度,……,岩性,厚度的格式,整理出含水层沉积特征的量化结果,为了保证含水层沉积特征量化结果在数据维度上的统一,以维度最大的量化结果为统一标准,维度不足的钻孔用岩性为粉砂(赋值为1),厚度为0进行填充,含水层沉积特征量化结果如表2所示:
表2含水层沉积特征量化结果
S4收集并整理影响因素数据以及单位涌水量数据,分别构成自变量和分组变量;
自变量和分组变量采用以下步骤得到,其步骤为:
B1整理松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据以及对应单位涌水量数据,见下表3:
表3松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据
B2将松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据依次填补在对应钻孔的沉积特征量化结果的后方,构成自变量;
B3步骤S1中赋值后的单位涌水量数据构成分组变量。
S5根据Fisher判别分析方法,利用SPSS完成判别分析,获得判别分析函数与质心值;
判别分析函数与质心值采用以下步骤得到,其步骤为:
C1将步骤S3-S4得出的自变量数据和分组变量数据输入SPSS软件,选择分析—分类—判别完成判别分析过程;
C2根据输出的Fisher判别分析结果,获取判别分析函数Y以及质心值。
本次判别选用SPSS 19.0软件,选用的判别分析方法为Fisher判别分析法。
根据判别分析结果得到判别分析函数系数,设自变量数据依次为X1,X2,……X29,X30,则生成的判别分析函数Y为:
Y1=3.068X1+0.268X2+1.O15X3+2.131X4-0.717X5-0.943X6+0.632X7+1.076X8-0.092X9-0.553X10+0.056X11+0.302X12+1.710X13-0.843X14+0.566X15+0.799X16+2.072X17+2.933X18+25.154X19-0.791X20+0.134X29+0.173X30-47.638
Y2=4.625X1+0.945X2+1.735X3+2.162X4-0.387X5-1.097X6+0.203X7+0.915X8-1.346X9-0.627X10+0.291X11+0.446X12+2.120X13+0.076X14+0.905X15+0.856X16+5.372X17+3.179X18+22.722X19-1.368X20+0.134X29+0.186X30-60.698
用基于自变量数据的回代估计法对得到的判别分析函数的准确性进行验证,计算判别结果的正确率,验证结果如表4:
表4回代估计法验证结果
由表5可得,有5个钻孔判别分析结果错误,根据判别分析回代估计结果可得判别分析的正确率为:90.74%,含水层富水性等级判别效果较好。
根据判别分析结果得到的判别分析函数在各等级的质心值如下表5:
表53种等级质心处判别分析函数值
S6整理待确定富水性的松散承压含水层对应的数据,将其代入判别分析函数,根据判别函数值与质心值之间的距离,确定富水性等级。
现针对某矿松散承压第四含水层富水性进行确定,利用该含水层区域内的2021-水15钻孔进行评价,其影响数据见表6:
表6钻孔2021-水15富水性等级确定影响因素数据
将其相关数据代入判别分析函数,计算得到的函数值分别为:
Y1=-44.09,Y2=-36.52
根据表5可得,两组函数值与各等级质心值之间的距离分别为:
由上式可以确定其与“1”类含水层等级质心值距离最近,即该钻孔含水层等级属于弱富水性级别。
该设计详细刻画了含水层的沉积特征,相较于以往方法中简单的砂泥比、卵砾石比等影响因素更加细致和精确,同时确定松散承压含水层富水性时,将含水层水位埋深作为影响因素之一进行考虑,可以动态地评价松散承压含水层富水性,不需要再次进行抽放水试验,大大减少了工作量,节约了人力物力,操作简单,易于实际应用,为松散承压含水层富水性的确定提供了一种新的方法和思路。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1确定松散承压含水层富水性等级,并依据松散承压含水层的富水性强弱进行赋值;
S2归纳影响松散承压含水层富水性所属等级的影响因素;
S3对松散承压含水层的抽放水试验孔含水层沉积特征进行量化;
S4收集并整理影响因素数据以及单位涌水量数据,分别构成自变量和分组变量;
S5根据Fisher判别分析方法,利用SPSS完成判别分析,获得判别分析函数与质心值;
S6整理待确定富水性的松散承压含水层对应的数据,将其代入判别分析函数,根据判别函数值与质心值之间的距离,确定富水性等级。
2.根据权利要求1所述的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,所述步骤1包括:
根据《煤矿防治水细则》附录一,将含水层富水性划分为弱富水性、中等富水性、强富水性以及极强富水性4个等级,并分别进行赋值。
3.根据权利要求1所述的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,所述影响因素包括:含水层水位埋深、含水层顶板埋深以及含水层沉积特征。
4.根据权利要求3所述的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,所述含水层沉积特征量化结果采用以下步骤得到,其步骤为:
A1对含水层岩性进行分类,并依据其与富水性的正相关性进行赋值;
A2依据现有水文地质资料,对应钻孔柱状图,获取含水层中从浅至深不同岩性的厚度数据;
A3按照岩性,厚度,……,岩性,厚度的格式,整理出钻孔沉积特征的量化结果,为了保证含水层沉积特征量化结果在数据维度上的统一,以维度最大的量化结果为统一标准,维度不足者用岩性为粉砂,厚度为0进行填充。
5.根据权利要求1所述的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,所述自变量和分组变量采用以下步骤得到,其步骤为:
B1整理松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据以及对应的单位涌水量数据;
B2将松散承压含水层水位埋深与顶板埋深数据依次填补在对应钻孔的沉积特征量化结果的后方,构成自变量;
B3步骤S1中赋值后的单位涌水量数据构成分组变量。
6.根据权利要求1所述的基于沉积特征的松散承压含水层富水性动态确定方法,其特征在于,所述判别分析函数与质心值采用以下步骤得到,其步骤为:
C1数据输入SPSS软件,选择分析—分类—判别完成判别分析过程;
C2根据输出的Fisher判别分析结果,获取判别分析函数Y以及质心值。
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