16. 2. 1 突水因素分析及评价指标体系的建立
16. 2. 1. 1 地质构造特征
地质构造与突水的关系十分密切，主要表现在以下方面。
( 1) 陷落柱作为岩溶发育典型地带常见的地下溶洞坍塌，是煤层突水的潜在诱发因素指标，也是突水的水量来源，陷落柱一般在突水事故中扮演以下角色: ①陷落柱提供了煤层突水强劲的通道; ②陷落柱缩短了煤层和含水层之间的距离; ③陷落柱导致承压水导升，隔水层的有效厚度减小; ④陷落柱破碎带降低了煤层隔水层的强度。
( 2) 断层往往是承压含水层突水的直接原因，其对煤层突水所起的作用是十分复杂的，一般是通过以下几种方式引起突水: ①断层本身就是天然的突水通道; ②削弱了隔水层的厚度和强度。
( 3) 褶皱轴部节理裂隙发育，从而破坏了煤层隔水层的连续性和完整性，使隔水能力下降，易诱发煤层突水。
这里选取区内断层密度、断层落差、断层性质、裂隙发育程度、断层导水性、褶皱强度、陷落柱面积以及陷落柱水量等 8 个指标体现矿井地质构造对煤层突水的影响。
16. 2. 1. 2 含水层条件
承压含水层水压是煤层突水的动力来源。承压水水压作用于隔水层产生的破坏性结果，在静水及动水压力共同作用下，造成隔水层的变形，在导水陷落柱的参与下，最终导致突水。承压含水层水压的大小是判断突水可能与否的重要因素之一，在相同条件下，水压越大，发生突水的可能性越大。
本章选取承压含水层水压、含水层富水性、含水层渗透性 3 个指标体现矿井含水层条件对突水的影响。
16. 2. 1. 3 隔水层条件
隔水层指的是回采工作面( 或巷道) 与煤层充水含水层间的隔水岩层。隔水层的存在可以阻止含水层中的水涌入矿井。影响隔水层阻水作用的因素主要有隔水层厚度和隔水层强度。
本章选取隔水层厚度、隔水层强度两个指标体现矿井隔水层条件对陷落柱突水的影响。
16. 2. 1. 4 开采活动
塌陷坑也是开采活动的直接“副产物”，塌陷坑的形成是地表及先关底层结构和物理性质发生飞跃性变化的集中体现，增大的煤层含水层、隔水层稳定性失衡的可能性，从而加大了突水事故发生的几率。
本章选取开采厚度、矿压、塌陷坑积水 3 个指标描述矿井开采活动对陷落这突水的影响。
通过以上突水因素的分析建立了如图 16. 2 所示的煤层陷落柱突水评价指标体系。
图 16. 2 煤层陷落柱突水评价指标体系
16. 2. 2 评价指标的数据采集
突水评价指标的恰当选择不仅决定了 BN 模型的输入层结构，同时也影响着分析评价的准确性，因此煤层陷落柱突水评价指标的数据采集就十分重要。通过对范各庄矿区突水资料的研究以及对突水因素的分析，在数据采集过程中，做了如下考虑:
( 1) 针对范各庄矿区 14 煤层开采，在突水因素采集时主要考虑其主要充水含水层相关的数据，即该含水层的含水层富水性、渗透系数、作用于 14 煤层的水压及其至 14 煤层的隔水层厚度和隔水层强度。
( 2) 从地质构造特征考虑，井田内断层、褶皱、陷落柱等对突水起了至关重要的作用，它们的分布、规模大小和发育情况对突水起到了关键性的作用。所以在考虑含水层条件和隔水层条件的同时，还必须收集这些因素的数据。
( 3) 人工开采活动是导致煤层突水的直接场合，因此还必须收集与开采活动有关的数据，诸如: 开采深度、开采厚度以及塌陷坑等。
综合以上考虑，结合 16. 2. 1 中煤层陷落柱突水评价指标体系的分析，本项目选取参与分析处理的陷落柱突水评价指标有: ①煤层直接充水含水层的水压，②煤层直接充水含水层的富水性，③煤层直接充水含水层的渗透性，④隔水层厚度，⑤隔水层强度，⑥煤层的开采厚度，⑦矿压，⑧塌陷坑积水，⑨断层密度、断层落差、断层性质、裂隙发育程度、断层导水性、褶皱强度、陷落柱水量和陷落柱面积。
16. 2. 3 专题图的建立
根据收集到的范各庄矿区 14 煤层陷落柱突水评价指标的原始数据，利用 GIS 的数据存储和编辑处理功能生成矢量图层，利用 GIS 工具进行插值计算处理或空间分析处理，建立各评价指标的专题图。各评价指标的专题图建立方法和相应图件分叙如下:
16. 2. 3. 1 地质构造特征专题图的建立
( 1) 断层
根据范各庄矿区地质报告和综合水文地质图，利用 GIS 的数字化功能，建立断层线分布专题图( 图 16. 3) ，此专题图包含了断层密度、断层落差、断层性质和断层长度等属性信息。
利用 GIS 的空间分析功能，对断层线分布专题图进行缓冲区分析，根据断层的性质，断层落差等因素综合考虑，将断层导水性按照从弱到强的顺序分为 11 个等级，以此得到断层导水性专题图( 图 16. 4) 。
( 2) 褶皱
利用 GIS 的缓冲区分析功能，对褶皱线进行缓冲区分析，得到褶皱影响带专题图，缓冲区内褶皱强度较大，赋大值 10; 缓冲区之外褶皱强度较小，赋小值 0，以此作为褶皱强度专题图( 图 16. 5) 。
( 3) 陷落柱
陷落柱是范各庄矿区突水事故重要的诱发因素，根据地质报告等资料，利用 GIS 的数据采集、编辑模块，分别依据陷落柱水量、陷落柱面积分色显示，即可得到相应专题图( 图16. 6) ，该专题图包含了陷落柱的突水诱发指标因素，如: 陷落柱面积、陷落柱水量等指标。
图 16. 3 断层线分布专题图
图 16. 4 断层导水性专题图
图 16. 5 褶皱强度专题图
图 16. 6 陷落柱面积专题图
16. 2. 3. 2 含水层条件专题图的建立
( 1) 含水层承压水水压
故本章选取近几年的研究区含水层平均水位标高作为承压水水压专题层图生成的依据，以此绘制出承压水水压等值专题图( 图 16. 7) 。
( 2) 含水层富水性
根据所收集到的抽水钻孔单位涌水量大小，形成了含水层富水性专题图( 图 16. 8) 。
图 16. 7 承压水水压专题图
图 16. 8 含水层富水性专题图
( 3) 含水层渗透性
含水层渗透性可根据井下放水或地面抽( 注) 水试验资料所计算的渗透率值或渗透系数来确定。本章选取研究区含水层渗透系数作为含水层渗透性的量化值，以此建立了含水层渗透性专题图( 图 16. 9) 。
16. 2. 3. 3 隔水层条件专题图的建立
隔水层的存在可以阻止含水层的水涌入矿井，而隔水层能力与隔水层厚度、隔水层强度及岩性组合有关。
( 1) 隔水层厚度
考虑到不同岩性组合对隔水能力的影响，14 煤层底板隔水层主要有泥岩和粉砂岩组成，在考虑岩性组合特征时，依据中国煤炭科学院西安地勘分院总结出的等效系数，将隔水层中不同岩性的岩层厚度换算成相应的等效厚度，累加成隔水层等效厚度。在对隔水层厚度量化时，我们还考虑了导升和矿压的影响，在等效厚度基础上减去了原始导升高度和矿压破坏带厚度，依据最后累加的厚度建立了隔水层有效厚度等值线图( 图 16. 10) 。
图 16. 9 含水层渗透性专题图
图 16. 10 隔水层厚度专题图
( 2) 隔水层强度
用弹性模量作为衡量隔水层强度的指标，利用隔水层中岩性分布以及其对应的弹性模量，绘制出隔水层强度等值线专题图( 图 16. 11) 。
16. 2. 3. 4 开采活动专题图的建立
( 1) 开采厚度
开采厚度是破坏煤层底板的主导因素。其专题图的生成分为两步，首先，通过钻孔资料提取 14 煤层厚度相关数据，以此为依据进行插值处理，生成 14 煤层厚度等值线图; 其次，在 14 煤层厚度等值线图形成的基础上，结合范各庄矿区 14 煤层工作面布置图，绘制出 14煤层开采厚度专题图( 图 16. 12) 。
( 2) 矿压
根据现有资料和数据，本章采用了 14 煤底板距离地表垂直的深度这个指标来反映矿压对煤层的破坏程度，通过钻孔资料提取相关数据，以此绘制出矿压( 开采深度) 等值线专题图( 图 16. 13) 。
( 3) 塌陷坑积水
塌陷坑积水量在一定程度上影响突水的大小，是本矿区突水的重要因素。根据地质报告的塌陷坑坐标，进行插值处理，生成面状图层; 依据积水量属性值，分色显示生成塌陷坑积水量专题图( 图 16. 14) 。
16. 2. 3. 5 突水点专题图的建立
根据范各庄矿区地质报告及井下突点台账资料，建立相应数据文件，利用 GIS 的数据采集、管理编辑功能，自动生成范各庄矿区突水点专题图( 图 16. 15) 。
图 16. 11 隔水层强度专题图
图 16. 12 开采厚度专题图
图 16. 13 矿压( 开采深度) 专题图
图 16. 14 塌陷坑积水量专题图
图 16. 15 突水点专题图
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