基于PCA法与Bayes法的鹤壁矿区突水水源识别
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量。采用主成分分析 （ Ｐ Ｃ Ａ ） 法与Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判 别分 析 法 相 结 合 ， 建 立 鹤 壁 矿 区 突水 水 源 的 识 别 模 型 。 以鹤 壁 矿 区不 同含 水 层 的水 化 学特 征 资 料 中 的 ６ ６个 水 样 为 学 习样 本 ， １ ３个 为 预 测 样 本 对 该 模 型进 行 检 验 和 应 用 ， 并 与传统 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判 别 分 析 模 型 的 结果 进 行 对 比分 析 。研 究 结 果 表 明 ： 利用 Ｐ Ｃ Ａ 法与 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ法 综 合 模 型 识 别 矿 井突水水源 ， 能 有 效 消 除 样 本 变 量 指 标 间 的相 互 影 响 ， 提 高 突 水 水 源 识 别 的准 确 率 。 关键 词 ： Ｐ Ｃ Ａ； Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判别分析 ； 矿井突水 ； 水 源识 别
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ ４ ５ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ ０ ３ ｌ一 ０ ５
目前 常采 用 地 下水 化 学 、 同位 素 、 水温、 水 位 动 态 观 测和分 析 等 方 法判 别 突水பைடு நூலகம்水 源 。经 验 表 明 ， 水 化 学方 法是 相 对有效 的方法 。离 子含 量差 异性 较大
水 源 的特征 。然 后 结 合 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判 别 分 析模 型 对
处 理过 的样 本数 据进 行判 别 分析 ， 即建 立 Ｐ Ｃ Ａ法 与 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判别 分 析法相 结 合 的 综合 模 型来 识 别 矿井 突
水水 源 。
１ 矿 区水 文地 质 概 况
鹤壁 矿 区属 太行 山东 麓 煤 田的一 部 分 ， 现 有 生 产 矿 井 ９对 ， 包 括二 矿 、 三矿 、 中泰矿业 、 五矿 、 六矿 、
积 出露 ， 向东倾 伏 于煤 系地 层 之 下 ， 岩 性 为 灰岩 、 白 云质 灰岩及 白云岩 ， 厚４ ０ ０ ｍ左 右 。岩溶 裂 隙发育 ， 接受 大气 降水 补给 ， 含 丰富 的岩溶 裂隙 承压水 ， 是 开
采 下夹 煤 的主要 突 水水 源之 一 ， 由 于断 层 的 影 响也
的地 下 水 ， 其 水 文 地 球 化 学 成 因 及 来 源 均 不 相 同¨ 。因 此 ， 从 理论 上 讲 ， 只要 知 道 多类 水 源 的水
八矿 、 九矿 、 十 矿 和 寺 湾矿 ， 年 生产 ６ ０ ０万 ｔ 优 质 动 力用 煤 。矿 区现生 产矿井 除寺 湾 矿开采 石炭 系太 原
者 运用 主成 分分 析法 （ Ｐ Ｃ Ａ） 对 鹤 壁矿 区突 水水 源 的
可 能 补给其 他含 水层 ， 易造 成大 型 突水淹 井事 故 。 （ ２ ） 石 炭系 太原 群二 层 灰 岩含 水 层 。该 含 水 层 厚度在 ３ ． ８ １—１ １ ． ０ ０ ｍ之间变化 ， 一 般 厚 ７—８ ｍ。 岩 溶裂 隙较 发 育 ， 富 水 性 比较 强 ， 下 距 奥 灰 含 水 层 近， 常 与奥灰 水发 生水 力联 系 ， 在断层 附 近接受 奥灰
主， 是开 采二 煤 的 主要 充 水层 ， 在 矿 区大部 分 矿 井
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ８—１ ２ 作 者 简 介 ：王 仲 阳 （ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 河南平顶 山人 ， 硕士， ２ ０ １ １年 毕 业 于 河 南理 工 大学 ， 研 究 方 向 为水 文 地 质 与 工 程 地 质 。
综 合评 判法 、 人 工神 经 网络 、 灰 色关 联分 析 法 、 Ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｒ
判 别理论 等 。这 些 理 论 方 法 能够 对 大部 分 突 水
水 源作 出正 确 的判 断 ， 但 是 却 没有 考 虑 到水 化 学 指 标 之 间信息 叠 加 而导 致 的水 源 误 判 问 题 。为 此 ， 笔
水 化学 指标 数据 进 行信 息 提炼 ， 通 过 线 性 组 合 把 多
个 彼此 相关 联 的指标 变量 转化 为彼 此独 立 的新样 本
指标 ， 通 过提 取各 水源 的水化学 指标 信 息 ， 消除指 标 间 信息 叠加 造成 的 影 响 ， 从 而更 加 有 效 地 描 述 不 同
２ ０ １ ３ 年第 １ ２期
中州 煤 炭
总第 ２ １ ６ 期
基于 Ｐ Ｃ Ａ法 与 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 法 的 鹤 壁 矿 区 突 水 水 源 识 别
王 仲 阳， 蔡 二贝 ， 王懿 曼
（ 河 南理 工 大 学 ， 河 南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 依 据 鹤壁 矿 区各 含 水 层 水 化 学 成 分 的差 异 性 ， 选 取 ９种 水 化 学 成 分 指 标 作 为 突 水 水 源 识 别 的 样 本 变
水 的补 给 ， 是开 采下夹 煤 的直接 充水 层 。 （ ３ ） 石炭 系太 原群 八 层 灰 岩含 水 层 。该 含水 层 在二． 煤下 ３ ０ ｍ左右 ， 厚度 在 ０ ． ５ ４— ９ ． ４ ４ ｍ之 间变 化， 平均 厚 ５ ｍ， 以静储 量为 主 ， 是开 采二 ． 煤 的直 接 含 水层 之一 。 因含水 层 富水 性 和 补 给条 件 有 限 ， 矿 区长期疏 干 排水 ， 部 分 矿井 一 定 范 围 内的八 灰 水 处 于半疏 干一 疏干 状态 。 （ ４ ） 二 煤层 顶底 板砂 岩含水 层 。分 二。 顶板 砂 岩 和底 板 砂 岩 ２个 含 水 层 ， 开 采 二． 煤 层 主要 巷 道 布 置在这 两层 砂 岩附 近 ， 厚度 变化 较大 ， 以静 储量 为
组一： 煤和一； 煤外， 其余矿井均开采二 煤 。鹤壁
矿 区 内分 布 的主要含 水层 及水 文地 质特 征如 下 。 （ １ ） 奥 陶 系灰岩 含 水层 。该层 在 矿 区西 部 大 面
质 组分 特征 就 能判 断矿 井涌水 的来 源 。依 据各 含水
层 地下 水水 化学 成 分 识 别 水 源 的方 法 很 多 ， 如 模 糊
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ ４ ５ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ ０ ３ ｌ一 ０ ５
目前 常采 用 地 下水 化 学 、 同位 素 、 水温、 水 位 动 态 观 测和分 析 等 方 法判 别 突水பைடு நூலகம்水 源 。经 验 表 明 ， 水 化 学方 法是 相 对有效 的方法 。离 子含 量差 异性 较大
水 源 的特征 。然 后 结 合 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判 别 分 析模 型 对
处 理过 的样 本数 据进 行判 别 分析 ， 即建 立 Ｐ Ｃ Ａ法 与 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 判别 分 析法相 结 合 的 综合 模 型来 识 别 矿井 突
水水 源 。
１ 矿 区水 文地 质 概 况
鹤壁 矿 区属 太行 山东 麓 煤 田的一 部 分 ， 现 有 生 产 矿 井 ９对 ， 包 括二 矿 、 三矿 、 中泰矿业 、 五矿 、 六矿 、
积 出露 ， 向东倾 伏 于煤 系地 层 之 下 ， 岩 性 为 灰岩 、 白 云质 灰岩及 白云岩 ， 厚４ ０ ０ ｍ左 右 。岩溶 裂 隙发育 ， 接受 大气 降水 补给 ， 含 丰富 的岩溶 裂隙 承压水 ， 是 开
采 下夹 煤 的主要 突 水水 源之 一 ， 由 于断 层 的 影 响也
的地 下 水 ， 其 水 文 地 球 化 学 成 因 及 来 源 均 不 相 同¨ 。因 此 ， 从 理论 上 讲 ， 只要 知 道 多类 水 源 的水
八矿 、 九矿 、 十 矿 和 寺 湾矿 ， 年 生产 ６ ０ ０万 ｔ 优 质 动 力用 煤 。矿 区现生 产矿井 除寺 湾 矿开采 石炭 系太 原
者 运用 主成 分分 析法 （ Ｐ Ｃ Ａ） 对 鹤 壁矿 区突 水水 源 的
可 能 补给其 他含 水层 ， 易造 成大 型 突水淹 井事 故 。 （ ２ ） 石 炭系 太原 群二 层 灰 岩含 水 层 。该 含 水 层 厚度在 ３ ． ８ １—１ １ ． ０ ０ ｍ之间变化 ， 一 般 厚 ７—８ ｍ。 岩 溶裂 隙较 发 育 ， 富 水 性 比较 强 ， 下 距 奥 灰 含 水 层 近， 常 与奥灰 水发 生水 力联 系 ， 在断层 附 近接受 奥灰
主， 是开 采二 煤 的 主要 充 水层 ， 在 矿 区大部 分 矿 井
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ８—１ ２ 作 者 简 介 ：王 仲 阳 （ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 河南平顶 山人 ， 硕士， ２ ０ １ １年 毕 业 于 河 南理 工 大学 ， 研 究 方 向 为水 文 地 质 与 工 程 地 质 。
综 合评 判法 、 人 工神 经 网络 、 灰 色关 联分 析 法 、 Ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｒ
判 别理论 等 。这 些 理 论 方 法 能够 对 大部 分 突 水
水 源作 出正 确 的判 断 ， 但 是 却 没有 考 虑 到水 化 学 指 标 之 间信息 叠 加 而导 致 的水 源 误 判 问 题 。为 此 ， 笔
水 化学 指标 数据 进 行信 息 提炼 ， 通 过 线 性 组 合 把 多
个 彼此 相关 联 的指标 变量 转化 为彼 此独 立 的新样 本
指标 ， 通 过提 取各 水源 的水化学 指标 信 息 ， 消除指 标 间 信息 叠加 造成 的 影 响 ， 从 而更 加 有 效 地 描 述 不 同
２ ０ １ ３ 年第 １ ２期
中州 煤 炭
总第 ２ １ ６ 期
基于 Ｐ Ｃ Ａ法 与 Ｂ ａ ｙ ｅ ｓ 法 的 鹤 壁 矿 区 突 水 水 源 识 别
王 仲 阳， 蔡 二贝 ， 王懿 曼
（ 河 南理 工 大 学 ， 河 南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 依 据 鹤壁 矿 区各 含 水 层 水 化 学 成 分 的差 异 性 ， 选 取 ９种 水 化 学 成 分 指 标 作 为 突 水 水 源 识 别 的 样 本 变
水 的补 给 ， 是开 采下夹 煤 的直接 充水 层 。 （ ３ ） 石炭 系太 原群 八 层 灰 岩含 水 层 。该 含水 层 在二． 煤下 ３ ０ ｍ左右 ， 厚度 在 ０ ． ５ ４— ９ ． ４ ４ ｍ之 间变 化， 平均 厚 ５ ｍ， 以静储 量为 主 ， 是开 采二 ． 煤 的直 接 含 水层 之一 。 因含水 层 富水 性 和 补 给条 件 有 限 ， 矿 区长期疏 干 排水 ， 部 分 矿井 一 定 范 围 内的八 灰 水 处 于半疏 干一 疏干 状态 。 （ ４ ） 二 煤层 顶底 板砂 岩含水 层 。分 二。 顶板 砂 岩 和底 板 砂 岩 ２个 含 水 层 ， 开 采 二． 煤 层 主要 巷 道 布 置在这 两层 砂 岩附 近 ， 厚度 变化 较大 ， 以静 储量 为
组一： 煤和一； 煤外， 其余矿井均开采二 煤 。鹤壁
矿 区 内分 布 的主要含 水层 及水 文地 质特 征如 下 。 （ １ ） 奥 陶 系灰岩 含 水层 。该层 在 矿 区西 部 大 面
质 组分 特征 就 能判 断矿 井涌水 的来 源 。依 据各 含水
层 地下 水水 化学 成 分 识 别 水 源 的方 法 很 多 ， 如 模 糊