煤炭工业在我国国民经济中占有极其重要的地位，搞好煤矿安全生产是保护国有财产和人民群众生命安全的大事，同时也是关系到国民经济发展和社会稳定的大事。我国煤矿水文地质条件复杂，受水害威胁的矿井多，在各种煤矿事故中，矿井水灾害的危害十分严重。矿井水害的防治将直接关系到煤矿的生产安全和经济效益，关系到煤炭资源回收和矿井水资源保护，关系到煤炭工业的可持续发展。目前，华北地区上组煤已经开采殆尽，开采卜组煤已经成为不可避免的事实。下组煤开采必然面临着奥灰突水的威胁。为实现控制、消除系统中的人、机(物)和环境所存在的矿井底鼓水威胁，尽量减少或避免事故发生，保证安全生产，必须对矿井安全生产所面临的水患危险进行预测，以提高针对矿井生产的安全可靠性程度，以达到矿井安全生产的目的。 煤层底板突水作为我国华北型煤田主要的水文地质工程地质问题，影响着煤炭的正常安全生产，是矿井基建、生产过程中所遇到的主要地质灾害之一。华北型煤田是我国矿山岩溶地下水害最为集中的典型煤田，在各类矿井水害中，无论是突水次数、突水水量，还是影响范围，煤层底板突水灾害均居于首位。由于其隐蔽性、随机性，一旦发生突水，往往造成灾难性的后果。因此煤矿突水与其它地质灾害一样，预测、预报是防灾、减灾的首要和关键的问题。 几十年来，我国许多大学和科研机构的科技人员对煤层底板突水进行了大量的工作。从目前的情况来看,这一问题还没有得到根本的解决。近年来，随着非线性科学的发展，为矿井突水问题的研究提供了崭新的思路。本论文首次利用基于GIS和D-S证据理论支持下的多源信息融合方法对矿井煤层底板奥灰突水预测进行了初步探讨，并做了实际的应用开发。应用结果证明本方法对于矿井煤层底板奥灰突水预测的思路是正确的，方法是可行的。该方法具有能够综合多因素影响，并具有较强的实践性等特点，特别有利于解决证据冲突的问题。相信，该方法必将对矿井突水预测问题研究乃至煤矿生产管理等产生积极的影响。本系统对于矿井水文地质信息管理、矿井煤层底板奥灰突水预测和矿井水害的进一步分析等都有重要的理论和现实意义。论文主要开展了以下方面的工作并取得了一些初步的认识。 (1)根据不同的突水影响因素提出了相应的预处理方法，为运用证据理论进行基本置信函数的构建和置信函数的组合创造了条件。提出的基于突水影响因素的预处理方法不是单一的数据归一化方法，而是综合考虑了与某种影响因素相关的多个方面，具有一定的独创性。论文把与矿井突水有关的主要影响因素归纳为四种：构造(断层)发育程度、煤层底板水压、有效隔水层厚度和奥灰的岩溶发育程度(富水性)。分别根据不同的突水因素的特点和性质，并综合分析各突水因素的影响因子提出了相应的量化和等级划分方法，为不同突水因素数据的数据融合奠定了基础。 (2)首次把基于证据理论的数据融合方法应用到矿井突水预测中，拓展了矿井突水预测的技术思路，为矿井突水预测这一复杂难题的最终解决进行了有益的探索。论文在证据理论的基本置信函数的构建模型上提出了新的算法，在实际应用中得到了良好的验证，具有一定的实践意义。证据理论的基本置信函数的构建直接关系到证据组合结果的准确性。这实际上是基于证据理论的数据融合的难点之一。随着对矿井突水预测的机理认识的不断深化，基本置信函数的模型构建也需要不断优化，使之更加准确地反映矿井突水因素在矿井突水过程中的作用和地位，从而提高矿井突水预测的准确性。在矿井实际生产过程中，可以根据不同开采阶段进行分区预测，以指导生产布局，根据不同的分区的预测结果，采取有针对性的手段和措施，以保证安全生产。 (3)地理信息系统能够运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以供规划、管理、决策和研究。而信息融合技术充分利用了多源数据的互补性和计算机的高速运算与智能来提高结果信息的质量。本系统将这两种技术集成到矿井煤层底板奥灰突水预测预报中，为准确、科学地进行水害预测提供了一种新的思路和方法。而且，本系统是国内首次基于MapGIS开发的矿井水害安全信息管理系统。把MapGIS在煤矿的应用从一般的地质绘图和简单的数据统计推进到矿井安全生产和管理中。 论文还对“下三带”理论、基于证据理论的数据模型、突水机理与突水模型构建以及GIS平台客户组件开发等关键问题进行了深入的探讨。 首先，矿井突水因素的量化和预处理的精度直接影响了矿井突水置信函数的构建和证据组合预测的结果。在本论文中，除了自主创建的一些算法外，部分算法直接采用了“下三带”理论的公式，或者间接利用了“下三带”理论的研究成果。“下三带”是基于统计分析基础上的，对“三带”高度的划分采用了一些经验值进行计算。从某种意义上说，没有完全达到满足要求的精度。在矿井突水因素的量化和预处理方面还需要继续深入分析和研究，为准确的预测预报奠定良好的基础。 其次，需要指出的是，证据理论(D-S理论)在矿井煤层底板奥灰突水预测中还只是初步应用。目前，证据理论在应用中也遇到了一些理论上的缺陷和困难，突出表现在如何解决证据冲突，以及建立准确的置信函数上。虽然已经取得了一定的研究进展，但是还不能说完全解决。特别是置信函数的构建证据理论并未给出明确的答案，需要用户在详细分析和研究专业问题的基础上，根据具体的专业特点，综合考虑多方面的因素，建立相应的数学模型，并进行大量的实验和验证工作。 再次，矿井突水机理和突水模型的认识上还不够深入。目前仅仅是对煤层底板奥灰突水进行了预测。首先，从突水因素上来讲，忽略了工作面的形态、采高、矿压、开采方式等因素。在一个地质构造复杂、煤层层数多、煤层宏观结构复杂的矿井，上述所忽略的因素都可能很大程度上影响着矿井突水。其次，在突水的物理模型上只考虑了单层的奥灰突水，而未考虑其它含水层的影响，如一灰、四灰、草灰等。虽然这些都不是主要导致突水的含水层，但是在某些局部地方，对矿井突水会产生复合作用下的连通效应，增大矿井突水的危险。 灾隐患信息管理系统虽然已经实现了数据管理和分析预测等功能，但是，加之目前地理信息系统的本身的空间分析功能还比较弱，在此基础上不能完全满足专业用户的需求。如果对模型作简单的修改，仍然需要作再开发。如何把系统做成一个能够在用户的分析和研究的基础上，按照进行自动建立和修改模型的、具有较高适应性的软件，仍需要大量的工水机理认识的深入以及面向预测的非线性理论的发展和应用，相信矿井难题必将得到根本的解决。预测 地理信息系统 证据理论(D—S理论) 数据融合 克里格插值 矿井突水管理信息系统