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矿井水害是制约煤炭资源开发的重要因素,也是制约矿井安全生产的严重灾害之一。谢一矿随着开采强度的增大和开采深度的延伸,矿井突水频率和矿井涌水量增大,导致谢一矿水害问题越来越严重。为优化深部开采和煤矿安全生产提供保障,本文基于矿井地质和水文地质条件,分析了矿井充水因素,并根据1984~1989、1990~2003、2004~2009年三阶段,空间上分-180~-250,320、-370、-480、-660、-820六个水平对矿井涌水量进行了研究,对矿井涌水的变化规律进行了探索,得出主要结论如下:
(1)谢一矿是以岩溶含水层充水为主的矿井,煤系和太灰为直接充水含水层,奥灰为间接充水含水层、大气降水为主要的间接充水水源;主要充水通道为断层、原生节理、裂隙和岩溶通道、采煤冒落带、导水裂隙带、导水钻孔、小井等;灰岩水对矿井的充水强度最大,煤系水的充水强度一般。
(2)矿井涌水量大小与多种因素有关,其变化特征为:①吨煤含水系数、煤炭开采总量越大,矿井涌水量越大;②开采至深部时,回采面积的增大,对灰岩涌水量基本无影响,对煤系和总涌水量的影响较小;③矿井涌水量随大气降水呈现周期性的变化,并且存在滞后现象,灰岩涌水量与大气降水相关度比煤系好,-320、-370、-480水平与大气降水关系密切,-660、-820水平与大气降水相关度不高;④涌水量随深度先增后减,涌水量在-480水平达到最大值;⑤当塌陷的隔水性能破坏,并存在导水通道及补给水源的条件下,随着开采塌陷的增多,矿井涌水量越大;⑥在同一煤层,随着开采深度的增加,瓦斯含量越大,矿井涌水量越小。
(3)建立了矿井涌水量的CAR模型和BP神经网络模型,以2009~2010年的总涌水量、煤系涌水量、灰岩涌水量为建模数据,2011年1~3月统计数据作为预测样本,获得了CAR模型的煤系涌水量、灰岩涌水量、总涌水量回归方程。根据预测结果知,BP模型要优于CAR模型,BP模型对谢一矿矿井涌水量预测较为合适。