影響煤層頂板突水的因素很多，它們之間的關系非常復雜。以地質構造特征(斷層密度、斷層落差、斷層性質、裂縫發育程度、斷層導水性、褶皺程度等)為依據。)、含水層條件(含水層水壓、含水層富水性、含水層滲透性等。)和隔水層條件(隔水層厚度、隔水層強度等。)，而人工開采活動(開采厚度和礦山壓力)是這些因素共同作用的場合。
煤層頂板下承壓含水層的存在是煤層頂板突水的前提條件，其中含水層富水性和含水層滲透性是頂板突水的物質基礎，含水層水壓是頂板突水的動力源，頂板隔水層是頂板突水的約束條件，其約束能力取決於隔水層的厚度和強度。地質結構(即斷層、裂縫、褶皺等)。)為突水提供通道，其中斷層往往是頂板含水層突水的直接原因；地壓是頂板突水的另壹個動力源，開采厚度是煤層頂板突水的誘發因素。
地質構造特征11 . 2 . 1 . 1
地質構造與頂板突水關系密切。斷層往往是頂板承壓含水層突水的直接原因，其對煤層頂板突水的影響十分復雜。壹般來說，突水是由以下幾種方式引起的:
斷層(1)為煤層頂板突水提供了通道；
(2)斷層縮短了煤層與含水層的距離；
(3)斷裂導致承壓水擡升，隔水層有效厚度減小；
(4)斷層破碎帶降低了煤層頂板隔水層的強度。
節理裂隙沿褶皺軸線發育，破壞了煤層頂板的連續性和完整性，降低了防水能力，容易誘發煤層頂板突水。
選取斷層密度、斷層落差、斷層性質、裂隙發育程度、斷層導水性和褶皺強度6個指標來反映礦井地質構造對煤層頂板突水的影響。
11.2.1.2含水層條件
煤層頂板下承壓含水層的存在是煤層頂板突水的前提條件，其中含水層富水性和含水層滲透性是突水的物質基礎，決定了突水的大小；含水層水壓是頂板突水的動力源。換句話說，頂板突水取決於承壓含水層的水壓，而突水取決於含水層的富水性和滲透性。但如果只有水源，就不壹定會發生頂板突水，因為頂板突水是由含水層水壓、含水層富水性、含水層滲透性等多種因素決定的。
含水層水壓是煤層頂板突水的動力來源。煤層頂板突水的本質是承壓水作用於隔水層的破壞結果。在靜水壓力和動水壓力的共同作用下，引起頂板隔水層的變形，進壹步擴大甚至產生新的裂隙，將頂板隔水層與煤層連接起來，增強突水通道的導水性，削弱頂板隔水層的強度，使其失去阻水作用，導致頂板突水。水壓的大小是判斷頂板突水可能性的重要因素之壹。同等條件下，水壓越大，頂板突水的可能性越大。
含水層的富水性是突水的物質基礎。含水層富水性越好，湧水量越大，頂板突水造成的危害也越大。從頂板突水機理來看，它對頂板突水及其突水具有重要的控制作用。
含水層的滲透性，允許地下水滲透，是頂板突水的另壹個物質基礎，與頂板突水湧水量成正比。其大小取決於巖石破裂率、顆粒直徑和水力半徑等因素。含水層的滲透指數可以用地面抽水(註)或地下排水試驗數據計算出的滲透系數或滲透值來表示。
本次選取承壓含水層水壓、含水層富水性和含水層滲透性來反映礦井含水層條件對頂板突水的影響。
11.2.1.3含水層條件
頂板隔水層是指工作面(或巷道)與煤層頂板充水含水層之間的隔水層。隔水層的存在可以阻止含水層中的水流入礦井。影響隔水層隔水性能的主要因素是頂板隔水層的厚度和強度。
隔水層厚度是指采煤工作面(或巷道)到頂板充水含水層頂部的正常距離。在帶壓開采中，頂板隔水層對防止承壓含水層突水具有重要作用。顯然，頂板隔水層厚度越大，抵抗水壓和礦壓破壞的能力越強，阻水阻水能力越好。可見，在正常地質構造條件下，頂板隔水層厚度越大，突水可能性越小；反之，突水的概率越大。
隔水層的隔水能力不僅與隔水層的厚度有關，還與隔水層的強度和巖性組合有關。在隔水層厚度相同的情況下，不同巖性組合的隔水層阻水性能不同。在地質構造、含水層條件、開采方式等條件相似的情況下，有的工作面突水，有的工作面不突水，說明隔水層的巖性組合在突水中起作用。硬脆巖層和軟巖層的抗水性都較弱，但軟硬巖層可以彌補各自的缺陷，提高抗水性。
本章選取隔水層的厚度和強度來反映礦井隔水層條件對頂板突水的影響。
11.2.1.4采礦活動
開采活動引發煤層頂板突水，是煤層頂板突水的誘發因素。
采礦活動會引起礦山壓力的變化，這是突水的主要原因。地壓是指在工作面開采和井下巷道掘進過程中，對工作面和巷道周圍巖體造成的應力集中及其作用過程。煤層的開采會破壞巖層的連續性，引起應力重分布。壹方面破壞了頂板的連續性，進壹步擴大了隔水層的裂縫，降低了隔水層的隔水能力；另壹方面，可能會導致進壹步的原創解除。這兩個方面相當於減少了有效隔水層厚度，為突水創造了條件。在自然條件下，水壓的作用和隔水層的抵抗能力處於相對平衡的狀態。壹旦加上地壓的作用，這種相對平衡的狀態被破壞，發生頂板突水。煤層厚度、煤層傾角、工作面傾斜長度和開采深度是衡量地壓破壞程度的主要因素。壹般來說，開采煤層越厚，煤層傾角越大，工作面越長，采深越大，地壓破壞帶深度越大，對頂板的破壞越強。
開采厚度，簡稱采厚，是破壞煤層頂板的誘發因素。開采厚度越大，礦壓越大，對煤層頂板的破壞也越大。這是因為采厚越大，頂板變形的幅度越大，從而頂板和煤壁應承受的支護應力越大，導致煤層頂板的破壞。
本章選取采厚和地壓來反映礦山開采活動對頂板突水的影響。
通過對以上突水因素的分析，煤層頂板突水評價指標體系如圖11所示。2成立。
圖11。2煤層頂板突水評價指標體系
11.2.2評價指標的數據收集
突水評價指標的恰當選擇不僅決定了BN模型的輸入層結構，而且影響分析評價的準確性，因此煤層頂板突水評價指標的數據采集至關重要。通過對荊各莊礦區突水資料的研究和突水因素的分析，在資料收集過程中考慮了以下幾點:
(1)威脅荊各莊礦區9號煤層頂板的主要充水含水層為9號煤至7號煤砂巖裂隙含水層(ⅳ)、5號煤砂巖裂隙含水層(ⅴ)和第四系底部卵石孔隙含水層(ⅶ)。因此，在收集突水因素時，主要考慮與這三個含水層突水有關的數據，即作用在9煤上的水壓力、9煤至9煤的隔水層厚度和強度。
(2)考慮到地質構造特征，井田內斷層和褶皺對頂板突水起著至關重要的作用，其分布、規模和發育程度對頂板突水起著關鍵作用。因此，在考慮含水層和隔水層的條件時，我們還必須收集這些因素的數據。
(3)人工開采活動是導致煤層頂板突水的直接場合，因此也必須收集與開采活動有關的數據。
基於以上考慮，結合圖11中煤層頂板突水評價指標體系的分析。2、本工程選取了分析處理中涉及的頂板突水評價指標:①頂板含水層水壓、②頂板含水層富水性、③頂板含水層滲透性、④頂板隔水層厚度、⑤頂板隔水層強度、⑦開采厚度、⑦地壓、⑧斷層密度。
11的編制。2.3專題地圖
利用GIS和BN耦合技術進行頂板突水預測時，需要將采集到的數據輸入計算機，編制專題圖，以便進壹步分析處理。專題圖的建立可以由GIS自動完成:首先將采集的鉆孔數據或水位觀測數據的坐標和屬性量化值輸入計算機，生成相應的數據文件，然後由GIS軟件讀取數據，進行網格劃分和插值。最後將量化後的結果以圖形的形式顯示出來，通過圖形輸出系統輸出結果圖。
根據荊各莊礦區9號煤層頂板突水評價指標的原始數據，利用GIS的數據存儲和處理功能生成數據庫，利用GIS工具建立各評價指標的專題圖，進行插值計算或空間分析。各評價指標專題地圖的建立方法及對應的地圖分類如下:
11的編制。2.3.1地質構造特征專題圖
(1)故障
根據荊各莊地質報告和綜合水文地質圖，利用GIS的數字化功能，建立斷層線分布專題圖(如圖11。3).該專題圖包含斷層落差、斷層性質、斷層規模等屬性信息。
圖11。3斷層分布專題圖
利用GIS的空間分析功能，對斷層線專題圖的緩沖區進行分析。根據斷層性質、斷層落差等因素的綜合考慮，按照由弱到強的順序將斷層導水性劃分為11等級，從而得到斷層導水性專題圖(圖11。4).
(2)折疊
利用GIS的緩沖分析功能，對褶皺線進行緩沖分析，得到褶皺影響區專題圖。緩沖區的折疊強度比較大，大值為10；緩沖區外，褶皺強度較小，取小值1，作為褶皺強度專題圖(圖11。5).
圖11。4斷層導水率專題圖
圖11。5褶皺強度專題圖
11的編制。2.3.2含水層狀況專題圖
荊各莊煤礦對9號煤頂板突水影響較大的含水層有3個:9號煤至7號煤砂巖裂隙含水層(ⅳ)、5號煤上方砂巖裂隙含水層(ⅴ)和第四系底部卵石孔隙含水層(ⅶ)。分別制作了這三個含水層的專題圖。
(1)含水層水壓
煤層頂板突水的本質是含水層水頭壓力作用於隔水層後，受多種因素破壞而失穩的結果。水壓越大，突水概率越大。水壓的大小可以用含水層的水位高度來表示。由於水壓隨時間動態變化，本章選取含水層近年來的平均水位高程作為生成水壓專題圖層圖的基礎。在此基礎上繪制含水層水壓等值線圖，第四系含水層水壓專題圖(圖11。9)、煤層含水層水壓專題圖(圖11。14)和煤含水層水壓專題圖(圖165438+)生成。
(2)含水層滲透性
含水層的滲透性可根據地下水排泄或地表水抽(註)水試驗資料計算出的滲透值或滲透系數來確定。本工程選用含水層滲透系數作為含水層滲透系數的定量值，並繪制了第四系含水層滲透專題圖(如圖11。10)，第五煤含水層滲透率專題圖(如圖11。15)和第九煤含水層滲透率專題圖(如圖667)建立。
(3)含水層的豐富程度。含水層的富水性可以描述為含水介質的含水量和供水量，是指含水層的含水量或釋放水的能力。頂板含水層的富水性將直接影響頂板的湧水量和突水持續時間。衡量含水層富水性的指標主要包括地下水勘探鉆孔湧水量、抽水試驗得出的單位湧水量、沖洗液消耗量和巖心采速等。，其中鉆孔的理想單位湧水量為。根據收集到的抽水鉆孔單位湧水量，繪制第四系含水層富水專題圖(如圖11。11)，第五煤含水層富水專題圖(如圖11。16)和九煤~七煤含水層富水專題圖形成。
11的編制。2.3.3含水層狀況專題圖
隔水層的存在可以阻止含水層水湧入礦井，隔水層的能力與隔水層厚度、隔水層強度和巖性組合有關。
影響9號煤層頂板突水的隔水層:第四系底部卵石孔隙承壓含水層(ⅶ)底部為粉質粘土弱透水層，5號煤層(ⅴ)以上砂巖裂隙承壓含水層底部為5號煤層至7號煤層弱透水層，9號煤層至7號煤層(ⅶ)砂巖裂隙承壓含水層底部為炭質泥巖弱透水層。
(1)含水層厚度
由於隔水層不是由單壹巖性組成的，所以必須考慮不同巖性組合對隔水能力的影響。9煤層頂板的隔水層主要由泥巖和粉砂巖組成。在考慮巖性組合特征時，根據煤炭科學研究院Xi安地質勘探分院總結的當量系數，將隔水層中不同巖性的巖石厚度換算成相應的當量厚度，累加成隔水層的當量厚度。在量化隔水層厚度時，我們還考慮了擡升和地壓的影響，在等效厚度的基礎上減去原始擡升高度和地壓破壞區厚度。根據上次累計厚度，繪制第四系底部隔水層的有效厚度等值線圖(如圖11。12)，5煤底部隔水層有效厚度等值線圖(如圖11。17)和9 ~ 7煤底部隔水層的有效厚度等值線圖(如圖1.17)
(2)隔水層強度
隔水層的強度是由隔水層的巖性組合決定的，而彈性模量e是代表巖性的壹個主要指標，所以我們用彈性模量作為衡量隔水層強度的指標，利用隔水層中巖石的分布及其對應的彈性模量。繪制第四系底部隔水層的強度等值線(如圖11。13)，煤底隔水層5的強度等值線(如圖11。18)和煤底隔水層9 ~ 7的強度等值線(如圖65438)
11.2.3.4 .建立采礦活動專題地圖
(1)開采厚度
開采厚度是破壞煤層頂板的主導因素。專題地圖的生成分為兩步。首先從鉆孔數據中提取9煤層厚度的相關數據，然後插值生成9煤層厚度等值線圖。其次，在9號煤層厚度等值線圖的基礎上，結合荊各莊9號采煤工作面布置圖，繪制9號煤層開采厚度專題圖(圖11。6).
(2)地壓
地壓破壞深度取決於煤層厚度、煤層傾角、工作面傾斜長度、開采深度和煤層頂板巖性。壹般來說，開采煤層越厚，煤層傾角越大，工作面越長，采深越大，地壓破壞帶越深，對頂板的破壞越強。根據現有的資料和數據，本章采用9煤頂板距地表的垂直深度這壹指標來反映頂板受地壓破壞的程度，並從鉆孔數據中提取相關數據繪制地壓等值線專題圖(圖11。7).
圖11。6采礦厚度專題圖
圖11。7地壓專題圖
11.2.3.5突水點專題圖的建立
與其他評價方法不同，基於BN模型的風險評價不僅需要各評價指標的專題圖，還需要突水點的專題圖。根據荊各莊地質報告和井下突出資料，建立相應的數據文件，利用g is的數據管理功能，自動生成荊各莊突水點專題圖(圖11。8).
圖11。8突水點專題圖
圖11。9第四系含水層水壓專題圖
圖11。10第四系含水層滲透性專題圖
圖11。11第四系含水層富水性專題圖
圖11。12第四系含水層厚度專題圖
圖11。13第四系含水層強度專題圖
圖11。14 5煤層含水層水壓專題圖
圖11。15 5煤層含水層滲透性專題圖
圖11。16 5煤層含水層富水性專題圖
圖11。17 5煤層含水層厚度專題圖
圖11。18 5煤層含水層強度專題圖
圖11.19 9煤~ 7煤含水層水壓專題圖。
圖11。20 9煤~ 7煤含水層滲透性專題圖
圖11。21 9煤~ 7煤含水層富水性專題圖
圖11。22 9煤~ 7煤含水層厚度專題圖
圖11.23 9 ~ 7煤隔水層強度專題圖
11的編制。2.4屬性數據庫
利用GIS的空間數據管理功能，將突水評價指標的屬性數據(定量值)輸入計算機生成屬性數據庫，建立圖形與屬性數據庫的關系。各評價指標專題圖及其各自的屬性數據表是頂板突水風險評價的基礎，可用於各評價指標專題圖的復合疊加、數據查詢和統計。圖11。24是滲透系數專題圖的屬性數據庫。
圖11。24含水層滲透性專題圖屬性數據庫
11.2.5專題地圖的復合疊加
壹個突水評價因素專題圖只包含壹個因素的信息，無法滿足通過壹個評價模型進行多因素綜合分析處理的要求。在進行多因素分析之前，需要進行復合疊加處理，將所有相關因素的信息存儲層復合成壹個信息存儲層，使生成的信息存儲層包含所有相關因素的屬性信息，形成單壹的條件向量評價單元。
獲得了三個含水層和三個相應含水層的三個疊加層。
復合疊加分析分為以下兩個步驟:
(1)初步疊置分析:聯合疊置分析，確定評價單元，生成初步屬性表，各含水層疊置成層。
這裏的復合處理本質上是將多個圖層組合成壹個新圖層，重構拓撲，形成新的拓撲關系屬性表。利用GIS的空間分析功能，將斷層導水性、褶皺強度、含水層水壓、含水層富水性、含水層滲透性、隔水層厚度、隔水層強度、開采厚度、礦山壓力9個專題圖聯合疊加分析。生成的復合層的屬性表包含參與疊加處理的所有評價因子層的屬性信息。疊加過程如圖11所示。25，得到了三個含水層的疊加層。
圖11。25專題地圖的聯合疊加過程
在對專題地圖進行初步的復合疊加處理後，我們以新生成的復合圖層中的新拓撲單元作為我們的評價單元，這顯然是壹個單條件矢量單元。
(2)後續疊置分析:空間節理疊置分析，結合斷層信息和突水點信息，生成全屬性空間數據庫。
將斷層專題圖、突水點專題圖和初步疊加分析生成的復合層進行空間組合分析，生成三個新的復合層。在此基礎上，進壹步統計各評價單元的斷層面密度、斷層性質、斷層落差以及是否發生過突水。最後建立三個屬性表，每個含水層的最終復合層對應壹個屬性表，如圖11。26，它包含評估所需的所有屬性信息。
圖11。26疊加層的全屬性數據庫