基于水化学特征的聚类法判别矿井突水水源

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福建马坑铁矿主要含水层水化学特征与突水水源的识别

问题。
矿区范围内地层由新到老依次为加福组（）Ｐｊ泥岩和泥质砂岩夹煤线、笔山组（砂质泥岩、文ＰＷ）经畲组一船山组一霞组（ — Ｐｑ灰岩、地组栖Ｃｊ。）林（）层石英砂岩及燕山期花岗岩侵入岩体Ｃ１厚（－ｃ）灰岩中有少量侵入岩体进入。唯船山一３），（栖霞组为一套可溶性的碳酸盐沉积地层，在矿区边
ａｅｅｔｂｉｈｄｔｄｎｉｉｈａｕｆｒｔｒｃｍｅｒｍ．Ｍｏｅｖｒａｅｒｐｉｎｑａｔｙｗｉｈｃｍｅｒｍｉｅｅｔｒｓｌｅｉｅｔｙｗｈｃｑｉｅｏｓｆａｓｏｆｅｗａｏｒｏｅ，ｗｔｒｉｕｔｕｎｉｈｃｏｓｆｒｏｔｏｄｆｒｎｆａｕｆｒａｅｃｌｕａｅ．Ｔｉｔｏｒｖｄｓａｓｉｎｉｃｂｓｓｆｒｉｅｔｙｎｈｏｒｅｏｔｒｉｒｓｎｍｉｅ．ｑｉｓｃｎｂａｃｌｔｄｅｈｓｍｅｈｄｐｏｉｅｃｅｔａｉｏｄｎｉｉｇｔｅｓｕｃｆｉｆｆｗａｅｎｕｈｉｎｓＫｙｗｒｓｏｒｅｏａｅｒｓｅｏｄ：ｓｕｃｆｗｔｒｉｕｈ；ｈｄｏｈｍｉａｈｒｃｅｉｔｓｒｙｒｌｔｎｄｇｅｎｙｒｃｅｃｌｃａａｔｒｓｃ；ｇｅｅａｉｅｅｉｏｒ
ＲｅｏｎｔｎｏｄｏｈｍｉａｈｒｃｅｉｔｓａｄＷａｅｏｒｅｃｇｉｏｆＨｙｒｅｅｃｌＣａａｔｒｉｎｔｒＳｕｃｉｓｅ

矿井突水水源水化学判别方法

矿井突水水源水化学判别方法1范围本文件规定了矿井水化学基础数据库的建立㊁标准水样水化学资料分析㊁突水水质检测及矿井突水水源水化学判别方法的技术要求㊂本文件适用于矿井突水水源水化学判别㊂2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款㊂其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件㊂MT/T672煤矿水害防治水化学分析方法3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义㊂4水化学基础数据库的建立4.1矿井宜建立主要含水层(含水体)水化学基础数据库,代替防治水基础资料中的水质分析成果台账 ,以便在发生突水后及时调用数据库中标准水样资料信息分析突水水源㊂4.2水化学基础数据库应包含以下信息:a)水样基本信息:采样编号㊁采样地点㊁采样时间㊁含水层㊁水源类型㊁是否标准水样等㊂b)水样测试信息:各种离子(指标)含量㊂c)水样分析整理信息:水质类型㊁矿化度㊁总硬度㊁碳酸盐硬度㊁非碳酸盐硬度㊁负硬度等㊂4.3水化学基础数据库应具备以下功能:a)数据管理:导入㊁导出㊁备份㊂b)数据编辑:录入㊁删除㊁修改㊂c)查询:数据的筛选与查询㊂d)输出:报表的浏览与打印输出㊂4.4水化学资料的录入和整理:a)录入数据库中的水化学资料需经过阴阳离子平衡法㊁离子质量平衡㊁p H值法校核合格,未计算矿化度㊁各类硬度以及水质类型的原始数据,需经计算后录入;b)矿井勘探㊁建井㊁生产不同时期,主要含水层(含水体)水化学资料都应录入数据库中;c)含水层(含水体)㊁突(涌)水点的水化学动态检测资料应及时录入;d)整理数据库中水化学资料,建立矿井各含水层水质样本,当厚层含水层或同一含水层不同区域水质差异较大时可建立分层或分区样本;e)数据库的水化学资料信息在追加录入㊁编辑㊁修改后,应及时保存和备份㊂15标准水样水化学资料分析5.1根据数据库中水样的采样层位和水化学指标含量确定标准水样,各含水层标准水样样本数量一般不宜少于3个㊂5.2对标准水样的水化学资料进行系统化整理,从中找出规律性的分布和变化,分析研究矿井主要含水层水的水化学特征以及赋存条件㊁分布特征㊁运移规律等㊂反映水化学规律的水化学图件是水化学研究的重要手段㊂这些图件包括:水化学类型分区图㊁各种离子等值线图㊁相关离子比例等值线图㊁特定离子对同位素值关系图㊁离子和同位素对时间关系图等㊂5.3对不同来源的老空水,应根据空间位置㊁补给量大小㊁封闭状况和形成时间等分析其水质演化趋势㊂5.4总结不同含水层(含水体)的水化学差异特征,对老空水和含水层水存在明显水质分区时,需要进一步细化分析和分区总结,作为突水水源判别的主要依据,包括:a)水质类型㊁矿化度特征;b)不同含水层(含水体)水在P i p e r三线图中的分区特征;c)p H值㊁总硬度㊁主要(特征)离子含量㊁离子比值特征等;d)微量元素特征;e)其他指标特征㊂5.5增加标准水样时,应对判别指标进一步校正和完善㊂6突水水质检测6.1采样要求6.1.1采样应在突水点位置或靠近突水点位置㊂6.1.2动态检测突水水质时应在同一取样点位置进行采样,在未查明突水原因前,应加密采样频次㊂6.1.3突水水样的采集㊁处理和保存应符合MT/T672的规定㊂6.2检测要求6.2.1按MT/T672规定的指标和方法进行检测,必要时增加其他指标㊂6.2.2对突水水质应进行水化学动态检测,实时分析各指标的变化趋势㊂7突水水源的判别7.1水化学判别方法7.1.1根据突水水质动态检测数据,采用常规水化学判别方法,实时与5.4中a)㊁b)㊁c)判别依据进行对比分析,判别突水水源㊂采用特征离子(指标)或离子比值方法进行对比分析见附录A.1和附录A.2㊂7.1.2若常规指标无法识别突水水源时,可采用微量元素㊁同位素方法进行判别㊂微量元素和同位素判别突水水源见附录A.3㊁附录A.4㊂7.1.3若上述方法仍然无法识别突水水源时,可采用有机水化学分析方法判别,通过分析地下水T O C㊁U V254㊁3D E E M图谱等有机质特征综合判别㊂对于受有机污染的水源(如地表水㊁第四系水和老空水)的判别是一种有效的分析方法㊂7.1.4判别突水水源为混合水源时,需根据稳定同位素δD㊁δ18O或常量离子C l-含量进行混合比例计算㊂27.1.5有条件的矿井可以在水化学数据库基础上建立聚类分析㊁灰色关联分析㊁基于B a y e s准则的多组逐步判别分析等判别模型,进行突水水源判别㊂7.2对于矿井各含水层水化学分析标准水样欠缺或采用以上方法无法识别时,可采用示踪试验方法进行水源判别分析㊂7.3突水水源水化学判别应结合矿区水文地质条件,从突水位置㊁突水方式㊁突水量㊁水位变化㊁水温及其他物理指标等方面进行综合判别㊂3附录A(规范性)突水水源水化学分析方法A.1特征离子(指标)分析在掌握含水层独特的离子(指标)含量前提下,可以依据该种特征离子(指标)快速判别分析突水水源:a)S O2-4:可作为判别老窑水和含石膏地层地下水的特征离子㊂p H小于6的酸性老窑水S O2-4含量一般达阴离子基本单元物质的量浓度之和80%以上;含石膏地层的地下水S O2-4含量一般达阴离子基本单元物质的量浓度之和20%以上㊂b)C l-:深部滞流区地下水水质类型多为C l-N a㊁C l-M g型,C l-可作为判别其地下水特征离子之一;C l-也可作为地下水与高C l-含量地表水有联系的判别指标之一㊂c)N a+:可作为判别含钠(钾)长石的砂岩裂隙地下水的特征离子㊂N a+含量一般占阳离子物质的量浓度之和25%以上,p H值多数大于8.3,总硬度小于100m g/L㊂d)N O-3:可作为地下水与高N O-3含量地表水有联系的判别指标,一般含量大于10m g/L㊂N O-3也可作为判别第四系含水层水的特征指标之一㊂e)氧化还原电位:循环条件差异较大的含水层,可用氧化还原电位作为判别指标,一般地下水交替缓慢的含水层氧化还原电位低(封闭老窑水小于0m V),交替积极的含水层氧化还原电位高(处于交替积极的径流区奥灰水一般大于200m V)㊂f)温度:地热异常的矿区,不同含水层地下水有较明显的水温差异,其温度场的异常可作为突水水源的判别参考指标㊂A.2离子比值分析通过几种主要离子的基本单元物质的量浓度比值反映含水层水质特征,依此可判别突水水源: a)对于矿化度较低的溶滤水,当c(N a)/c(C l)大于1,则多属于砂岩裂隙水或第四系冲积层水;c(N a)/c(C l)ʈ1多属于灰岩水㊂当第四系水与奥灰水质类型一致而难以分辨时,应用该比值判别以上二种水源是一种有效的指标㊂b)[c(N a)-c(C l)]/c(1/2S O4)大于1,c(N a)/c(C l)大于1为砂岩水的特征;c(N a)/[c(C l)+c(1/2M g)]小于1则可能有灰岩水混入㊂A.3微量元素分析a)M n2+㊁F e2+㊁S2-:可作为还原环境地下水特征离子㊂突水中富含M n2+㊁F e2+㊁S2-时,水源多属于煤系地层水或老窑水㊂b)F-:可作为判别含氟化物地层地下水特征离子,如花岗岩地层突水㊂c)B r-㊁I-:可作为判别深层地下水㊁构造凹陷带储存水及与含油地层地下水的参考指标㊂A.4以同位素及放射性元素的特征分析地下水水源A.4.1氘(D)和18O应用a)在δDɢ~δ18Oɢ坐标图中,标出不同含水层水样和分析水样在图中位置,并与全球降雨线(δD=8δ18O+10)和当地大气降雨线比较,分析同位素值分布规律;4b)根据煤矿区具体条件,应用δ18O㊁δD值计算地下水补给高程及不同水源的混合比例等㊂A.4.2氚(3H)应用3H可作为大气降水进入地层后贮运时间判别主要指标,资料分析中需考虑具体的水文地质条件及当地大气降水3H的含量,一般规律如下:a)在地下水补给㊁径流㊁排泄过程中3H含量逐渐递减;b)在循环交替积极的含水层或与地表水㊁大气降水关系密切的含水层水中,3H含量接近(略低于)地表水的含量㊂A.4.3氡(R n)应用对于非放射性矿床并排除火成岩入侵影响的煤矿地下水,R n含量背景值小于37B q/L,其含量主要决定于岩石的射气系数即松散程度,突水水源分析时,参考如下:a)水质类型相同的奥灰水和冲积层水,冲积层水R n含量一般高于奥灰水;b)突水中富含R n,并且N a+含量明显增加,突水水源可能有冲积层水的补给㊂5。

基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法

基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法一、概述矿井突水作为矿山生产过程中的一大安全隐患，其准确识别对于预防突水事故、保障矿山安全生产具有重要意义。

传统的矿井突水水源识别方法往往依赖于经验判断和单一的水质指标分析，这些方法不仅效率低下，而且识别准确率难以保证。

开发一种高效、准确的矿井突水水源识别方法成为当前矿山安全领域亟待解决的问题。

主成分分析（PCA）和Fisher判别分析法是两种常用的数据处理和模式识别方法，它们在不同的领域中都得到了广泛的应用。

PCA通过降维的方式将多个指标转化为少数几个综合指标，这些综合指标能够反映原来指标的大部分信息，且相互独立，避免了信息的重叠。

而Fisher判别分析法则是一种线性分类器，通过求解最优的权向量和阈值，将样本投影到一条直线上，然后选择一个阈值将两类分开。

这两种方法的结合，可以实现对矿井突水水源的高效、准确识别。

本文将详细介绍基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法。

通过PCA对矿井突水水源的多项指标进行降维处理，提取出主要的综合指标。

利用Fisher判别分析法对这些综合指标进行分类判别，从而实现对矿井突水水源的准确识别。

通过实例验证和对比分析，证明该方法的可行性和优越性，为矿山安全生产提供有力的技术支持。

1. 矿井突水问题的严重性及其对矿井安全生产的影响矿井突水问题一直是采矿行业面临的一项重大挑战，其严重性不容忽视。

突水事件往往伴随着大量的地下水涌入矿山坑道，使得施工条件变得极为复杂，采矿成本大幅上升。

更为严重的是，突水不仅影响正常的采矿生产，甚至可能导致淹井事故的发生，给矿山工程和人员安全带来严重威胁。

在突水事故发生时，大量水流的涌入使得井巷和矿山设备遭受淹没，进而造成人员伤亡和财产损失。

突水事件还会对采矿生产造成直接影响，导致产量减少，甚至使部分矿区因无法继续开采而报废，给矿山的经济效益和资源利用带来巨大损失。

水质特征模型在下组煤首采面突水水源判别中的应用

水质特征模型在下组煤首采面突水水源判别中的应用宋淑光1，孟辉1，张牧1，奚修军1，朱术云2（1．淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿，山东济宁272175；2．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116）摘要：通过对淄博矿业集团公司岱庄煤矿影响下组煤开采的3个主要含水层以前所做的大量水质化学成分化验结果的资料整理，建立了该矿下组煤主要充水水源的水质特征模型。

根据最近突水点水质特征指标与已建立的水质特征模型进行综合对比，准确及时地确定了突水水源。

关键词：地下水；水质特征模型；水源判别；对比分析；煤矿中图分类号：TD745文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）06－0122－03The Application of Water Feature Model for Water－bursting Source Judgment at the First MiningFace of Under－group Coal SeamsSONG Shu－guang1，MENG Hui1，ZHANG Mu1，XI Xiu－jun1，ZHU Shu－yun2（1．Daizhuang Coal Mine，Zibo Mining Group Co．，Ltd，Jining272175，China；2．School of Resource and Earth Science，China University Mining and Technology Xuzhou221116，China）Abstract：Through processing the large number of water quality chemical composition test results of three main aquifers，which affect the under－group coal mining at Daizhuang coal mine of Zibo mining group，the water feature model of mainly water filling resource in the under－group coal seam is established．According to the comprehensive comparison between the water feature indexes of a recent water bursting point and the established water feature model，the source of bursting water is determined timely and accurately．Key words：groundwater；water feature model；water source judgment；comparative analysis；coal mine在下组煤采掘生产实践中，常会遇到某工作面或掘进头突水问题，首先要考虑的是突水水源问题，判别井下突水水源的方法很多［1－3］，其中根据突水水质的化学成分进行判别仍是目前矿井突水中重要的方法［4－5］。

水化学分析法判别煤矿突水水源

水化学分析法判别煤矿突水水源作者：刘帅来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2015年第4期刘帅（冀中能源股份有限公司邢东矿）摘要院邢东煤矿底板钻孔发生突水，及时准确判别出水水源，成为了治理矿井突水的关键。

本文对矿井主要含水层进行水化学特征分析后，绘制出水样的PiPer 三线图，并通过出水点与背景值进行对比，从而判断出出水水源为奥灰岩溶水，为封堵井下突水奠定了基础。

关键词院水化学分析突水水源PiPer 三线图通过对地下水的化学特征、分布规律等进行研究分析，在一定程度上有助于对地下水的赋存、补给，以及径流和排泄条件等进行分析，这些分析对于查明煤矿井下突水水源，以及对井下突水进行有效防治具有重要的意义。

邢东矿在-980 集中运料巷进行正常底板超前钻孔时突水，通过与矿井多个含水层进行水化学分析，将该处出水点与背景值进行比对分析后，判断出出水水源为奥灰岩溶水，为治理井下突水奠定了基础。

1 矿井水文地质条件邢东矿井位于太行山中段东麓与华北平原西侧，地势西高东低。

本井田处于半封闭状态，奥灰岩溶水是井田地下水的主要补给来源，在各自含水层内自西向东缓慢运动，矿井汇集各含水层地下水，成为良好的排泄场所。

2 -980 钻孔出水点概况-980 集中运料巷属于向新区开拓，该巷道迎头前方为F23 前下断层，落差30m，施工的15 号底板钻孔穿过该断层。

该钻孔施工至206m 时，发现钻孔出水，初始水量为20m3/h，稳定水量为90m3/h。

根据矿井水文地质和巷道迎头实际揭露情况，15 号钻孔突水得出2 种可能：①野青灰岩水通过钻孔而突水；②奥灰水通过断层导水而突水。

其依据是：①根据钻孔剖面图，出水钻孔距野青灰岩很近，不能排除野青灰岩水的可能；②-980 集中运料巷迎头前方为F23、SF86 断层，导通含水层的可能性很大。

对于突水原因，尤其是突水水源等，难以通过分析水文地质条件进一步认清，在这种情况下，需要对出水水源进行判断，进一步组织开展矿井防治水工作。

水化学特征分析法在突水水源判别中的应用

进过程中，板出现一出水点。初始涌水量约８ｍ／顶０ｈ严重影响巷道的正常掘进，道不得不细的水文地球化学特征分析，这处出水点与将背景值进行认真对比分析后，步判断出出水点水源。初
１矿井水文地质条件
期水量逐步稳定在３ｍ／０ｈ左右，涌水量约占矿井涌水量的５％。由于此出水点位于巷道顶部，初认为出０起
水水源可能为煤系地层顶板砂岩水。但结合矿井水文
山西大远煤业有限公司矿井设计生产能力核准为６Ｏ万ｔａ／。井田位于宁武向斜的东翼，为一单斜构造，
２１年第１００期
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水化学特征分析法在突水水源判别中的应用
朱衍利石磊李万业郭英明，，，
（．１山西大远煤业有限公司，州忻０４０；．煤炭科学研究总院西安研究院，３２０２西安７０５）１０４
ＺｕＹａｌＳｉＬｉＬａｙ ‘ Ｇｕｎｍｉｇｈｎｉｈｅ，ｉＷｎｅ，ｏＹｉｇｎ，
（．ｄｙａｉｅＬｄｎＳａｘｐｏｉｃ，ｉｚｏｉ３２０；．Ｃｄ，ｉａｒｎｈｘ’ ｉ１０４１ａｕｎｍｎｔ．ｉｈｎｉｒｖｅｘｈｕｃｔ０４０２ＣＰｘ’ｌｂａｃ，ｉａｃｔ７０５）ｎｎｙｌｎｙ
山西大远煤业公司在２煤＋１０２０水平巷道开拓掘进时，翼顶部出现一处出水点，北稳定涌水量约为

基于水化学特征的聚类法判别矿井突水水源

井突水水源的判定是煤矿水害防治工作的首要任
１４ｋｍ的新阳镇，区内地层自下而上为：寒武系、奥
陶系、石炭系、二叠系、第三系、第四系。井田主要含水层自上而下可分为：松散岩类孑Ｌ隙含水岩组，
中图分类号：ＴＤ７４５文献标识码：Ａ
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｍｉｎｅｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｓｏｕｒｃｅｓｂａｓｅｄｏｎｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
Ｋபைடு நூலகம் ｙｗｏｒｄｓ：ＸｉｎＹａｎｇＣｏａｌｍｉｎｅ；ｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓ；ｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇｍｅｔｈｏｄ
我国煤田地质条件十分复杂，煤矿水害已成为影响我国煤矿安全生产的关键问题之一。矿
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇＸｉｎＹａｎｇｃｏａｌｍｉｎｅｆｏｒａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｑｕｉ — ｆｅｒ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｏｎｏｆｅａｃｈａｑｕｉｆｅｒｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇｕｓｈｉｎｇｂｕｒｓｔｉｎｇｗａｔｅｒｌａｙｅｒａｎｄｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＳＰＳＳｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｓｏｆｔｗａｒｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｗａｔｅｒｉｎｕｎｃｅｒｔａｉｎａｑｕｉｆｅｒｗａｓＫａｒｓｔｆｉｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｉｎｔｈｅＯｒｄｏｖｉｅｉａｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｅａｓｙｔｏｌｅａｒｎ，ａｎｄｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｉｓｌｉｔｔｌｅ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｓｇｏｏｄ．

对矿井突水水源的判别

对矿井突水水源的判别作者：汪鸿雁来源：《科学与财富》2018年第30期摘要：地下水的水化学特征可以反映地下水所处的水文地质环境，对矿井突水水源的正确、快速判别是矿井水害有效防治的前提条件，研究地下水的水化学特征有助于分析地下水的补给、径流、排泄条件，对查明井下突水水源和水害防治有明确的指导意义。

关键词：水化学地球特征；特征离子；突水水源一、矿井突水特征矿井突水是指掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞、积水老窿，大量地下水突然涌入矿山井巷的现象。

矿井突水一般来势凶猛，常会在短时间内淹没坑道，给矿山生产带来危害，造成人员伤亡。

在富水的岩溶水充水的矿区及顶底板有较厚高压含水层分布的矿山区，在构造破碎的地段，常易发生矿井突水。

当巷道底板下有间接充水层时，便会在地下水压力和矿山压力作用下，破坏底板隔水层，形成人工裂隙通道，导致下部高压地下水涌入井巷造成突水。

但只要查明水文地质条件，采取措施，矿井突水是可以预防和治理的。

二、矿井突水水源判别2.1一般的预感通过观察物理现象，如煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹；当温度降低，出雾或硫化氢气味；有时可以听到水的嘶嘶声等识别矿井突水征兆。

2.2岩体力学等突水机理通过对突水机理角度来判别突水水源，主要从岩体力学，地下水渗流场理论等角度分析水害来源。

主要表现为工作面压力增大，底板鼓起，工作层产生裂纹并逐渐增加；沿裂缝或煤层渗水会逐渐增加，而水将增加。

2.3数据分析通过对地下水中所包含的水文地球化学信息进行数据分析，利用突水水质中所含有的水文地球化学信息来辨别突水水源。

从研究现状来看，以常规水化学识别法判断矿井突水水源较为普遍。

通过分析水样的水质类型、物化特征等，结合水质的水文地球化学分布、迁移、转化规律来分析突水的来源。

2.3.1 特征离子和特征离子比值判别方式为了快速判别矿井突水水源含水层，经常采用特征离子判别方式，即在掌握某些含水层独特的离子含量前提下，直接测定该种特征离子，以快速给出突水含水层判断。

矿井突水水源判别方法与应用

矿井突水水源判别方法与应用李建林;昝明军;韩乐【摘要】对目前广泛使用的矿井突水水源判别方法进行了综合评述.从整体而言,除了水化学分析方法外,其他方法都是以一定理论为基础,或构造最优函数,根据判别目标达到最优时的状态进行水源识别;或构造适当的区间,根据一定的法则使判别目标进入不同的区间,进行水源识别.样本较多时采用BP神经网络法,样本较少时采用SVM法会取得更好得预测效果.针对研究区实际状况,选择基于MATLAB的BP神经网络法进行突水预测,准确率达到91.67％,训练样本的选择和数量对预测结果影响较大.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(033)005【总页数】5页(P590-594)【关键词】矿井突水;水源预测;BP神经网络【作者】李建林;昝明军;韩乐【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD745+.21由于煤矿水文地质条件复杂，以及人为因素等原因，致使我国成为世界上煤矿水害最严重的国家之一.据统计，“十一五”期间全国煤矿发生10 人以上重特大水害事故26 起，共死亡506 人[1].而且随着煤层开采深度的增加，含水层发生突水的可能性也在增加.因此，为预防和减少突水事故的发生，开展突水预报工作显得尤为重要[2]；其中快速准确地识别矿井突水水源是矿井水害防治工作的基础之一.判别矿井突水水源，就要在分析矿区水文地质条件和构造条件的基础上，对水位、水温和水化学资料等进行综合处理；针对掌握资料的情况，选择与之相适应的方法进行判别[3].随着基础理论学科和计算机科技的不断发展，矿井突水水源识别的方法也在不断更新.从简单的水温、水位判别和水化学数据直接对比分析，逐步发展出同位素分析法、基于数学理论的分析法(多元统计学方法、灰色系统法、模糊数学法)和基于其他理论的判别法(BP神经网络法、GIS理论法、SVM法、可拓识别法)等多种方法[4-9].袁文华采用水温法对任楼煤矿突水水源进行判别，结果表明方法是可行的；葛中华运用水化学法对徐州东部矿区井田各含水层的水文地球化学特征进行分析，为判别矿井突水水源提供了依据；桂和荣等分别对皖北矿区和平禹矿区突水水样进行了放射性同位素分析，确定了矿区主要突水含水层的循环特征及其相互间的水力联系；王心义针对焦作矿区实测数据建立了煤矿突水水源预测的距离判别分析模型，该模型可以准确判断出两矿区水源的关联度情况；熊伟在焦作矿区建立了突水水源的Bayer判别模型，对比实测数据模型具有较高的准确性；郝彬彬采用灰色关联度方法对突水水样进行多变量关联分析与计算，判断出突水水源；在分析检测水样的离子含量等信息的基础上，樊京周利用模糊综合判别方法建立了模糊综合评判突水水源模型，应用实践且结果可信；魏永强等应用模糊聚类分析得到的含水层背景值，建立模糊综合评判模型，利用GIS可视化技术高效准确地对未知突水水样进行了水源判别；陈红江等利用Fisher 判别法等方法分别建立了焦作矿区、新庄孜矿井和朱仙庄煤矿突水水源的 Fisher 识别模型，通过验证模型具有较强的涌水水源判别能力；钱家忠针对潘三煤矿利用SVM法建立水源判别模型，结果表明该方法对于煤系突水水源的区分有更好的适用性和优越性[10-22].这些方法都有自己的优、缺点，可配合使用并互相补充验证[23-26](表1).从整体而言，除了水化学分析方法外，其他方法都是以一定理论为基础，或构造最优函数，根据判别目标达到最优时的状态进行水源识别；或构造适当的区间，根据一定的法则使判别目标进入不同的区间，进行水源识别.当样本(水化学资料)较少时，基于结构风险最小化原理的SVM法不仅预测精度高，而且其层次结构能很好地反映水源类型的层次关系.由于BP神经网络具有大规模并行处理和分布式信息存储能力，良好的自适应性、自组织性和很强的学习、联想、容错及抗干扰能力，当样本较多时，利用BP神经网络法进行突水水源判别，准确率往往高于其他方法. MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件具有高性能数值计算的高级算法，特别适合矩阵代数领域；有大量事先定义的数学函数和有很强的用户自定义能力[27].基于MATLAB程序建立矿区突水水源的BP神经网络模型，对训练好的网络进行仿真，其预测结果客观、合理且易于操作.2.1 研究区水文地质条件概述鹤壁矿区属于典型的华北型岩溶煤田，主要开采煤层为山西组二1煤层，煤厚6～8 m.区内构造复杂、断层发育，水文地质条件复杂(图1).研究区主要开采煤层顶底板发育有多层含水层，特别是位于煤层底板的石炭纪薄层灰岩和奥陶纪巨厚层岩溶含水层，富水性强，承压水头高，补给充沛，对采煤生产构成很大威胁，曾多次发生突水淹井事故.随着矿井向深部发展，突水危害越来越大，对矿山安全生产造成极大的威胁.主要含水层有：奥陶系灰岩含水层、石炭系太原组第二层灰岩含水层、第八层灰岩含水层、二1煤顶底板砂岩含水层和第三系砾岩含水层.突水的可能来源有6种：奥陶系灰岩水、第八层灰岩水、第二层灰岩水、砾岩水、砂岩水和老采空区水.矿区普查水样共147个，经过删选，选择96个有效样本进行训练和仿真.由于样本个数较多，适合利用BP神经网络方法进行矿区突水水源的识别.2.2 BP神经网络原理和算法BP神经网络的核心思想是调整权值使网络的总误差最小，其学习过程由正向传播和反向传播两部分构成.对于输入信息先向前传播到隐含层的节点上，经过激活函数的运算后，把隐层节点的输出信息传播到输出节点，给出输出结果；如果输出层不能得到期望输出，就将实际输出值与期望输出值之间的误差信号沿原来的连接通路返回，通过修改各层神经元的权值，逐次地向输入层传播进行计算，然后再经过正向传播过程，通过正向和反向这两个传播过程的反复运用，使得误差信号达到最小；当误差达到人们所希望的要求时，网络的学习过程结束[23].2.3 BP网络模型的建立以矿区地下水所含主要离子Ca2+,Mg2+,Na+,CO32-,HCO3-,CL-和SO42-的毫克当量数，主控离子的相对含量，即毫克当量百分数(包含4种离子)，以及固形物(TDS)作为评价指标，即输入层的节点数为12；由于矿区突水的来源可能有6种，所以输出层包含6个节点.根据Kolmogorov定理，一个3层BP网络即可在任意希望的精度上实现任意的连续函数.因此，采用3层BP神经网络模型，即只有1个隐层.依据经验，确定隐层的节点为16.网络的隐含层和输出层神经元的激励函数均采用采用tansig作为传递函数.神经网络结构图见图2.2.4 BP神经网络的训练和仿真(1)选样与样本归一化选择96个样本进行训练和仿真.其中60 个样本为训练样本，其余36个样本为测试样本，利用BP网络常用的训练函数tansig进行训练.利用MATLAB库函数premnmx，将数据归一化处理.(2)创建BP网络与参数设置利用MATLAB库函数newff ( )构造BP神经网络；参数设置如表2所示.(3)训练网络调用trainscg算法训练BP网络：[net,tr]=train(net,P_prac,T_aim).由图3可知，最终网络对训练样本的误差接近目标，经过6 000次的学习训练结束.(4)BP神经网络的仿真输入检验样本，调用sim函数对训练好的BP网络进行仿真：t=sim(net,P_test).输出结果，也是一系列1×6矩阵，6个元素中，距离1最近的元素所在列数代表该水样的含水层类型.其中1，2，3，4，5，6分别代表砂岩水、奥陶系灰岩水、砾岩水、第八层灰岩水、第二层灰岩水和老采空区水.(5)结果输出及数据分析各含水层水质样本来源识别统计结果如表3所示.可以看出：砂岩水、奥陶系灰岩水、第八层灰岩水与第二层灰岩水的识别结果非常理想，正确率达到了100%，砾岩水、老采空区水的识别效果较低，正确率为75%，平均为91.67%.整体而言，收到了较好的效果.(1)将目前普遍使用的判别矿井突水水源的方法进行整理，分为4大类，分别是水温水位法、水化学分析法、基于数学理论的分析法和基于其他理论的分析法.其中，基于数学理论的分析法包括多元统计法、灰色系统法和模糊数学法；基于其他理论的分析法包括BP神经网络法、GIS理论法、SVM法和可拓识别法.针对矿区的实际情况，选择不同的判别方法，只要应用得当，大都可较好地进行突水水源预测.(2)基于数学理论的分析法，计算简单，理论基础清晰，但都需要根据经验确定计算公式中各评价因子的权重值，具有一定的人为性和随意性.BP人工神经网络法，综合考虑不同含水层的水化学特征，评价过程简单，评价结果不受人为因素的影响；但其是以大量样本资料为基础，当样本资料较少或代表性较差时，训练出来的网络效果可能会较差.SVM法克服了BP神经网络法的缺点，针对小样本数据，将非线性问题转化为线性优化模型，预测精度高.所以，样本较多时采用BP神经网络法，样本较少时采用SVM法会取得更好的预测效果.(3)利用基于MATLAB的BP神经网络法判别研究区突水水源，整体识别正确率达到了91.67%.其中砾岩水和老采空区水的识别率较低的原因主要有：受取样的限制，样本总体较大而分布不均.砾岩水和老采空区水水源分别仅有10 个，其中6个作为训练样本，4个作为验证样本.样本数量偏少影响了最终的预测结果；训练样本的代表性对预测结果影响较大.网络定义复杂，经过6 000 次的学习训练，最终网络对训练样本的误差才接近目标.所以训练样本的选取也是一个重要的影响因素. (4)由于受到矿区安全生产等因素的限制，本研究只利用BP神经网络法对研究区突水水源进行了判别，因此无法进行对比分析，将在以后的研究中加以改进.E-mail：**************【相关文献】[1] 武强，崔芳鹏，赵苏启，等. 矿井水害类型划分及主要特征分析[J]. 煤炭学报, 2013，38(4):561-565.[2] 王心义，徐涛，黄丹. 距离判别法在相似矿区突水水源识别中的应用[J]. 煤炭学报, 2011, 36(8): 1354-1358.[3] 黄存捍，冯涛，王卫军，等. 基于分形和支持向量机矿井涌水量的预测[J]. 煤炭学报, 2010,35(5): 806-810.[4] 孙亚军，杨国勇，郑琳. 基于GIS的矿井突水水源判别系统研究[J]. 煤田地质与勘探, 2007,35(2): 34-37.[5] 杨永国，黄福臣. 非线性方法在矿井突水水源判别中的应用研究[J]. 中国矿业大学学报, 2007,36(3): 283-286.[6] 张瑞钢，钱家忠，马雷，等. 可拓识别方法在矿井突水水源判别中的应用[J]. 煤炭学报, 2009,34(1): 33-38.[7] 李燕，徐志敏，刘勇. 矿井突水水源判别方法概述[J]. 煤炭技术, 2010, 29(11): 87-89.[8] 张立新，李长洪，赵宇. 矿井突水预测研究现状及发展趋势[J]. 中国矿业, 2009, 18(1): 88-90, 108.[9] 杨海军，王广才. 煤矿突水水源判别与水量预测方法综述[J]. 煤田地质与勘探, 2012, 40(3): 48-54.[10] 袁文华，桂和荣.任楼煤矿地温特征及在水源判别中的应用[J].安徽理工大学学报:自然科学版，2005，25(4)：9- 11.[11] 胡伟伟，马致远，曹海东，等. 同位素与水文地球化学方法在矿井突水水源判别中的应用[J]. 地球科学与环境学报, 2010, 32(3): 268-271.[12] 刘杰刚，徐新启，时艳茹，等. 多元统计分析模型在矿井突水水源判别中的应用[J]. 中国煤炭, 2013, 39(2): 101-104.[13] 钱家忠，潘婧，赵卫东，等. 基于SVM的潘三矿B8组与C13组煤开采中突水水源判别模型[J]. 系统工程理论与实践, 2011, 31(12): 2425-2430.[14] 潘国营，王素娜，孙小岩，等. 同位素技术在判别矿井突水水源中的应用[J]. 矿业安全与环保, 2009, 36(1): 32-34.[15] 魏永强，王美均，任印国，等. 模糊综合评判方法及其在判别水源中的应用[J]. 河北理工大学学报：自然科学版, 2009, 31(3): 8-11.[16] 葛中华，沈文. 徐州某矿井奥陶系灰岩含水层上开采矿井突水的水文地质初步研究[J]. 江苏地质, 1994, 18(2): 91-96.[17] 桂和荣，陈陆望. 皖北矿区主要突水水源水文地质特征研究[J]. 煤炭学报, 2004, 29(3): 323-327.[18] 熊伟，崔光磊. 贝叶斯判别分析在矿井突水水源预测中的应用[J]. 中国煤炭, 2012, 38(11): 110-113.[19] 郝彬彬，李冲，王春红. 灰色关联度在矿井突水水源判别中的应用[J]. 中国煤炭, 2010, 36(6): 20-22.[20] 樊京周，李化玉. 模糊概率法在识别矿井突水水源中的应用[J]. 中州煤炭, 2000(6): 1-2.[21] 魏永强,梁化强,任印国,等. 神经网络在判别煤矿突水水源中的应用[J]. 江苏地质,2004,28(1):36-38.[22] 陈红江，李夕兵，刘爱华，等. 用Fisher判别法确定矿井突水水源[J]. 中南大学学报：自然科学版, 2009,40(4):1114-1120.[23] 窦贤明，杨永国，徐伟伟，等. 基于遗传算法和BP神经网络的矿井涌水量预测[J]. 中国煤炭地质,2009 21(10):37-38.[24] 鲁金涛，李夕兵，宫凤强，等. 基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法[J]. 中国安全科学学报, 2012, 22(7): 109-115.[25] 刘鑫，陈陆望，林曼利，等. 采动影响下矿井突水水源Fisher判别与地下水补给关系反演[J]. 水文地质工程地质, 2013(4): 36-43.[26] 黄平华，陈建生. 基于多元统计分析的矿井突水水源Fisher识别及混合模型[J]. 煤炭学报, 2011, 36(s1): 131-136.[27] 潘婧. 基于Matlab的潘三矿地下水水化学场分析及突水水源判别模型[D]. 合肥：合肥工业大学, 2010.。

矿井突水水源判别方法概述

矿井突水水源判别方法概述收稿日期:2010-03-05;修订日期:2010-08-02基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）（2007CB209401）资助;中国矿业大学青年科研基金项目（2007A025）资助。

作者简介:李燕（1984-），女，黑龙江逊克人，中国矿业大学水文学与水资源专业硕士研究生，主要从事矿井水害防治技术、水文地质工程地质、水资源评价等方面的研究。

E-mail ：liyanxw@ 。

李燕，徐志敏，刘勇(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)摘要:矿井突水灾害造成巨大的经济损失和人员伤亡，严重阻碍着我国煤炭行业的发展。

一旦发生突水，及时准确地查明突水水源是解决和进一步预防突水灾害的前提，因此选择合适的判别方法是快速高效判别突水水源的关键，本文对近些年来判别矿井突水水源的各种方法进行探讨，概述各种方法的原理、应用现状及其适用条件，为保障矿井安全生产的防治水工作提供决策依据。

关键词:突水水源；判别方法；水化学；防治水中图分类号:TD74文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2010）11-0087-03Summary on Methods of DistinguishingSources of Mine Water-invasionLI Yan,XU Zhi-min,LIU Yong（School of Resources and Earth Science ，China University of Mining &Technology ，Xuzhou 221116,China ）Abstract:Mine water bursting causes serious economic loss and casualties ，preventing the development of coal industry to a great extent.Once water bursted,timely and accurately discriminating the sources of mine water bursting is the precondition of solving and preventing water inrush disaster,so,how to select the appropriate method is the key to fast and high efficient discriminating the sources of water -invasion.This paper sketches the principle,application status and applicable conditions for various methods of identifying sources of water-rush,which can provide the decision to adopt effective method for the prevention of the water inrush and the safety production of coal mine.Key words:source of mine water bursting;method of discrimination;hydrochemistry;water control0前言矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，人员伤亡大，经济损失列于煤矿三大事故的榜首。

3.doc 水源的判别

3.1水源的判别峰峰地区大型突水事故主要来自奥灰承压强含水层，由于奥陶系灰岩地区的含水构造的不连续性，在局部地区的水质、水量、水温等都具有不统一性。

例如一般认为含有MgHCO3、CaHCO3.的水是典型的奥灰水，但是2010年黄沙矿发生大型突水通过水位分析明显是奥灰水，可是水质类型为NaHCO3判别突水水源是否为奥灰水不能通过单方面的因素来确定，需要结合局部地区的具体特征综合考虑水质、水量、水温等因素来确定。

3.1.1水质的判别近几十年来，化探技术在矿井水文地质勘探中的应用取得了较大的进展，除许多矿区都开展了主要含水层的水化学特征研究外，微量元素分析、气体成分分析、溶解氧分析和放射性元素、环境同位素等都在不同矿区的矿井水文地质勘探中得到不同程度的应用。

(1)在大量试验和资料分析的基础上，对不同矿区主要含水层的水化学特征、类型及部分微量元素和水中氧气含量进行了研究，总结出了区分矿区不同含水层水化学基本特征的鉴别指标。

例如，鹤壁矿区、肥城矿区、开滦范各庄矿及淮南孔集矿等，分别以水质类型、溶解固形物、总硬度、氛含量、离子的特征比值、水质图像等来鉴别和区分矿区内的主含水层。

（2）应用水化学方法配合放水试验、联通试验等其它勘探手段，探查某些矿井水文地质问题。

例如，峰峰矿区根据一矿各有关钻孔水样溶解氧含量及其动态变化，判别大青灰岩水径流条件不如奥陶系灰岩水;土0水平大青灰岩水与奥陶系灰岩水有一定水力联系，但补给强度不大;而一170m水平大青水与奥陶系灰岩水无显著水力联系。

又如，根据氡含量，峰峰矿区圈定了喀斯特水径流带;淮南矿区分析了太原组灰岩水的赋存状况，湖南恩口煤矿判别了矿井充水水源，再如，淄博矿区根据不同含水层水中所含氨基化合物的种类不同，判别了.奥陶系灰岩、徐家庄灰岩和二叠系砂岩3个主要含水层，等等。

(3)示踪剂的多样化。

在矿井防治水工作中，地下水示踪是探查水源，查明不同含水层之间水力联系，了解大气降水或地表水与地下水的补给关系以及探查地下水的渗漏地段，探明某些断层的导水性及导水段，查明地下水的补给源及主要来水方向、主要径流通道和计算地下水流速等的一种重要手段。

矿井主要含水层水质分析方法判别水源

矿井主要含水层水质分析方法判别水源水质分析是煤矿开采业一项重要的技术，它能够精确判断水源类型，对水质中各种离子的含量做出精确分析，对煤矿能否顺利建设起着关键性作用。

水质分析结果能够判断矿井水的水质特点和矿井水的来源水层，这一技术要点具有很重要的作用，能够判断水源来水方向，定量技术涌水量，正确预计水量的动态变化，为设置合理的防隔水煤岩柱提供可靠参考。

本文根据笔者实际工作经验，首先简要介绍了安阳矿区水文地质概括，其次重点对水害事故经过及水质进行分析，为矿井的安全生产、抗水灾救援提供了技术依据。

标签：水质分析；矿区水文地质；水硬度；矿化度引言判断矿井涌水、突水水源的方法有很多。

实践证明，水质分析方法是一种较为有效而又简便的技术方法，水质分析法在判定矿井涌水水源中的应用越来越广泛，尤其应用在矿井水害防治实践中，因为含水层的差异和老窑地下水化学成分的差異都是由不同的生成环境所致，进而所形成的地下水类型也不同，通常来说，主要差异有：赋存环境不同，地下水的补给、径流、排泄、储存条件差异。

水质分析方法是通过确定矿井涌水里面的水化学成分，分析矿井水的水质成分，从而对水源位置进行确定。

1 安阳矿区水文地质概括安阳矿区的地理位置是河南省北部安阳市，从它的形成来看属于太行山东麓煤田的一部分，矿区西部紧邻太行山脉，东面与京广线接近，从占地面积上看，它具有42km的南北长和3.6km的东西宽，具有151km2的面积，区域内有生产矿井5对。

地质资料显示，矿区出露地层比较多，根据统计有：下奥陶冶里-亮甲山组白云岩；二叠系含煤层隶属山西组；上第三系砾岩：主要有各类砂岩、泥岩等；第四系黄土、砾砂层。

资料分析显示，第三、四系含水岩系、石炭-二叠系含水岩系和奥陶系含水岩系是影响本区煤矿开采生产的主要含水岩系和岩组。

其中，本矿区最主要含水岩系是奥陶含水岩系，根据富水性在各含水岩系中的差异将其分为中奥陶（O2），太原组薄层灰岩（L2，L8），山西组砂岩含水层（S9，S10）在地下水含量方面相对次之。

基于水化学特征分析的采空区积水水源判别研究

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强丁基于水化学特征分析的采空区积水水源判别研究
2019 年
基于水化学特征分析的采空区积水水源判别研究
强丁
(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西黄陵727307)
摘要：为了判别黄陵二号煤矿二盘区采空区积水的水源，采用水化学分析的方法，分别研究了该矿地表水、第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系直罗组、侏罗系延安组和井下采空区等层位水样的水化学特征，综合各层位水样的pH值、阳离子、阴离子、矿化度等特征值，利用piper三线图、Durov 图及Schoeller图对采空区积水的水源进行判别。研究得出该矿二盘区积水水源为侏罗系直罗组和延安组。关键词：水化学特征;采空区积水;水源；判别中图分类号:TD745.2 文献标志码：B 文章编号：1671 -749X(2019) 03'-0068 -04
度范围为 3 249. 00 ~ 17 997. 34 mg/L （平均
212 853.76 mg/L）；其次为Ca2c和Mg2+ （阴离子以
SO -和C-为主（图5），浓度范围分别为57.64 ~
23 778. 13 mg/L（平均 9 260. 32 mg/L）和 1 837. 30
~36 589. 75 mg/L（平均 15 779.02 mg/L）；延安组
采
层位。主要
：Kc、Nac、
；；" ； Ca2c、Mg2c、Ci-、SO 、HCO3-、CO -、NO3-、NO2-、
+ * NHl'Fe 'Fe2 、pH、游离二
、总硬、总酸
度、矿
&
2.1地化学特征
水中pH 7. 85 - 8.50，属于弱碱性水。
矿化度较低，浓度范围为466.5 -980.0 mg/L,大部

系统聚类分析矿突水水源判别中应用及仿真

1 引言
系统聚类分析方法充分利用数据内在的特征，把分类对象按照一定的规则分成若干类，从而确定样本归类。论文运用系统聚类分析 “物以类聚”的特点，结合成庄矿实际情况，利用不同含水层中普遍含有的 6 大常规离子（Ca2+，Mg2+，K++ Na+，Cl-，SO42-，HCO3-+ CO32-）与计算得到的 7 个判别指标（矿化度、总硬度、总碱度、总酸度、负硬度、碳酸硬度和非碳酸硬度），对成庄矿突水水源进行判别，并取得较好效果 [1-2]。
水样编号 K++Na+ 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 604.55 432.59 16.00 8.58 7.65 12.14 12.73 12.78 604.19 209.61 128.40 12.05 115.28 6.41 9.41 82.53 33.83 271.08 233.47 453.11 Ca2+ 78.48 7.91 108.44 115.26 110.64 98.65 114.63 165.67 36.99 38.77 21.08 63.70 15.79 87.76 108.60 41.46 112.58 0.55 0.71 14.87 Mg2+ 21.03 1.87 31.55 34.02 30.55 22.66 30.42 54.61 11.08 12.09 12.78 12.21 7.71 4.01 24.95 7.62 23.75 0.00 0.00 31.04 Cl45.86 33.35 38.22 38.57 16.68 25.02 18.76 15.29 26.06 29.18 70.53 7.99 26.06 8.69 35.09 13.55 53.51 74.35 32.66 72.96 SO42831.64 117.72 87.67 148.59 135.00 72.44 169.37 403.57 583.65 36.22 134.18 47.13 54.13 37.25 120.60 30.05 119.78 2.47 25.50 44.47 CO32+HCO3714.18 938.85 299.77 312.10 307.42 318.21 311.34 300.85 917.06 631.34 179.74 217.35 263.23 237.39 251.59 320.81 351.12 550.67 491.29 1169.40

矿井突水水源判别方法

工矿自动化Industryand MineAutomation第46卷第4期2020年4月Vol. 46 No. 4Apr. 2020文章编号：1671-251X(2020)04-0028-06DOI ：10. 13272/j. issn. 1671251x. 2019070087矿井突水水源判别方法姜子豪，胡友彪，踞棋定，周露，张淑莹（安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001）扫码移动阅读摘要：针对现有基于水化学特征的突水水源判别方法过程繁琐、难以判别单个涌水点、忽略了水化学特征之间的相互关联、计算量大等问题，结合Bayes 判别法和可拓判别法，提出了一种基于Bayes ；可拓判别法的矿井突水水源判别方法。

选取潘二煤矿26组不同含水层水样、4组待判水样，以水样中SO4-,C1-,HCO - ,K ++Na + ,Mg + ,Ca 2+含量作为水化学特征指标，建立了水样物元模型，采用可拓判别法求得待判水样与已知水样的关联度；结合Bnyes 判别法的误判损失和待判水样关于已知水样的密度函数，得出Bayes ；可拓解，根据Bayes ；可拓解最小值判断突水水样类型$分别采用Piper 三线图、可拓判别法A Bayes -可拓判别法判别矿井突水水样类型，结果表明:Piper 三线图难以准确判断某一水样类型，可拓判别法存在误判情况, Bnyes -可拓判别法能够准确判别突水水样类型。

关键词：矿井水害防治；矿井突水；突水水源判别；水化学特征；可拓判别法；Bayes -可拓判别法中图分类号:TD745文献标志码：AA discrimination method of mine water inrush sourceJIANG Zihao, HU Youbiao, JU Qiding, ZHOU Lu, ZHANG Shuying (School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001, China)Abstract : For problems of existing discrimination methods of water inrush source based onhydrochem/calcharacter/st/cssuchascomplexprocess,d/f cultytod/st/ngu/shs/nglewater/nrushpo/nt,neglectngthecorrelat/on among hydrochem/cal character/st cs, large calculat/on amount and so on,a d/scr/m/naton methodof m/ne water/nrushsourcebasedon Bayes-extens/ond/scr/m/nat/on method wasproposed combining with Bayes discrimination method and extension discrimination method. Twenty-sixgroups of water samples from different aquifers and four groups of water samples to be judged in Pan'er Coal Mine are obtained, the content of SO ：- , Cl ； , HCO - , K + +Na + , Mg 2+ , Ca 2+ in the water samplesistakenashydrochemicalcharacteristicindexesUandthusma t er-elementmodelsofthewatersamplesare established. The correlation degrees between the water samples to be judged and the known water samples areob*ained by use ofex*ension discriminan* me*hod.The miscalcula*ionloss of Bayes discriminan* me*hodanddensi*yfunc*ionof*hewa*ersamples*obejudgedwi*h*heknownwa*ersamplesarecombinedto get Bayes-extension solutions. The type of water inrush sample is discriminated according to the minimum value of Bayes-ex*ension solu*ions. Piper*rilinear diagram, ex*ension discriminan*me*hod and Bayes-ex*ensiondiscriminan*me*hodareadop*edsepara*ely*odiscrimina*e*he*ypeofminewa*erinrushsamples.Theresul*sshow*ha*Piper*rilineardiagramisdi f icul**oaccura*elydiscrimina*eacer*ain*ypeof water samples, extension discriminant method has misjudgment, while Bayes-extension discriminant收稿日期：2019-07-29;修回日期：2020-02-21 &责任编辑：李明。

水化学法判定矿井突水水源实例

９６
五穗蔑斜技
２０１３年第６期
・
矿井地质与水文地质・
水化学法判定矿井突水水源实例
吕玉广任智德
（山东能源临矿集团王楼煤矿，山东济宁２７２０６３）
摘要突水水源的判定是煤矿水害防治工作的首要任务，及时、准确的查明突水水源是解决和进一步预防突水灾害的前提。
前水文地质勘探程度不足，《地质报告》将矿井水文
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｓｏｕｒｃｅｓｉＳｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｔａｓｋｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｗａｔｅｒｈａｚａｒｄｓｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｉｍｅｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｍｉｎｅｗａｔｅｒｂｕｒｓｔｉｎｇｉｓｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｏｌｖｉｎｇａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｔａｒｔｓｗｉｔｈｔｈｅ８４ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｒｅｐｏｒｔｓａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｂｙＷａｎｇＬｏｕｃｏａｌｍｉｎｅ，ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄｔｈｅｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｑｕｉｆｅｒｓｂｙｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｎ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｔｈａｔｆｒｏｍｔｈｅ１１３０５ｗａｔｅｒ — ｉｎｕｓｒｈｗｏｒｋｆａｃｅ．ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｗａｔｅｒ．ｉｎｕｓｒｈｉＳｓａｎｄｓｔｏｎｅ

常规水化学方法识别突水水源的应用

常规水化学方法识别突水水源的应用常浩宇;弓金保;孙泽;徐维;孙润【摘要】矿井水化学组分受控于多种因素,不同含水层由于所处空间的不同,造成了地下水化学组分的差异.对于矿井涌水量异常增大的情况,为了及时准确地辨识涌水来源,利用常规地下水水化学知识,结合煤矿已有的大量水化学数据,划分矿井水水质类型,并进行聚类分析.查明了东欢坨矿3086工作面异常涌水与上下含水层的水力联系,为矿山采取下一步防治水措施提供了依据.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2018(015)001【总页数】6页(P21-26)【关键词】水质分析;矿井水;派珀三线图;聚类分析【作者】常浩宇;弓金保;孙泽;徐维;孙润【作者单位】华北科技学院安全工程学院,北京东燕郊065201;西山煤电(集团)马兰矿,山西太原030200;华北科技学院安全工程学院,北京东燕郊065201;华北科技学院安全工程学院,北京东燕郊065201;华北科技学院安全工程学院,北京东燕郊065201【正文语种】中文【中图分类】TD7450 引言矿山水害是煤矿生产中仅次于瓦斯灾害的第二大灾害，在煤炭开采过程中遇到的各种地质构造如陷落柱、断层等都有可能沟通工作面上下含水层，成为地下水的充水通道，造成矿井涌水量异常增大。

一旦出现涌水量异常增大的情况，对涌水水源的辨识是矿方及时采取相应防治水措施，防控灾害扩大的必要步骤，但是常规的钻探及物探手段难以直接查明涌水来源及其与上下含水层的水力联系[1,2,3]。

矿井水中的各种离子含量反映了矿井充水水源的本质特征，通过对矿井涌水离子组分数据进行分析整理，结合矿井之前积累的大量水质数据，利用水化学和数学方法进行数据处理，则可以便捷地识别突水水源，推断突水通道，为下一步水害治理提供依据。

1 地下水常规水化学内容地下水化学成分的分析是水源辨识研究的基础，工作目的与要求不同，分析项目与精度也不相同。

矿井水常规水化学组分主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+及八种离子，其综合水质指标有pH值、电导率(EC)、总溶解固体(TDS)等。

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源
张乐中，曹海东
（１．长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安７１００５４；２．中煤科工集团西安研究院，陕西西安７１００５４）
摘要：及时准确地找到突水水源，是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析，并通过Ｐｉｐｅｒ三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征，并ｈｉｎｇｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｉｎＳａｎｇｓｈｕｐｉｎｇｃｏａｌｍｉｎｅｂｙ
ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｃｔｓ
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基于水化学特征的聚类法判别矿井突水水源王炳强白喜庆吴振岭（中国煤炭地质总局水文地质局，河北邯郸056004）摘要：以新阳煤矿为例，通过对不同含水层水样进行取样化验，研究各含水层特征离子组成，应用聚类分析方法判断井下涌（突）水层位及补给水源。

该方法简单易学，并且投资少，效果好，为矿井防治水工作提供了一条可行的技术思路，值得推广与应用。

关键词：新阳矿水化学特征聚类法Prediction of Mine Water Inrush Sources Based on Cluster AnalysisofHydrogeo chemical FeaturesWang Bingqiang Bai Xiqing Wu Zhenling(Hydrogeological Exploration Bureau,CNACC,Handan,Hebei 056004) Abstract: In Xinyang coal mine as an example, through to different aquifer water sampling tests, the characteristics of the aquifer in ion of various composition and clustering analysis method to determine underground Chung bursting water layer and water supply. This method is easy to learn and has little investment, good effect, and it can provide a feasible technology for mine water prevention and control, it is worth to be popularized and applied.Key words:Xinyang Coal mine;Water chemical characteristics;Clustering method1引言我国煤田地质条件十分复杂，煤矿水害已成为影响我国煤矿安全生产的关键问题之一［1］。

矿井突水水源的判定是煤矿水害防治工作的首要任务，及时、准确的查明突水水源是解决和进一步预防突水水害的前提。

以前，采有水化学方法，对矿井不同含水层水化学特征进行舒卡列夫分类判定突水水源［2］，此种方法宏观性差，且费时费力。

本方以研究各含水层特征离子组成为基础，应用聚类分析方法，利用SPSS统计软件中的聚类分析模块进行统计计算，判断井下涌（突）水层位及补给水源。

该方法简单易学，并且投资少，效果好，为矿井防治水工作提供了一条可行的技术思路，值得推广与应用。

2主要充水水源及其对采煤的影响山西新阳煤矿位于吕梁地区孝义市城西14km的新阳镇，区内地层自下而上为：寒武系、奥陶系；石炭系、二叠系；第三系、第四系。

井田主要含水层自上而下可分为：松散岩类孔隙含水岩组；二叠系碎屑岩类裂隙含水岩组；石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩作者简介：王炳强(1979—)，男，河北永年县人，工程师，2005年毕业于石家庄经济学院(原河北地质学院)，主要从事煤田地质、水文地质、环境地质工作。

组；奥陶系岩溶裂隙含水岩组。

目前上组煤2#煤已基本开采完毕，主采下组煤（9#+10+#11#），开采下组煤主要受上覆石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水与下伏间接奥陶系峰峰组岩溶裂隙水、奥陶系上马家沟组岩溶裂隙水的影响［3］。

2.1第四系、新近系松散岩类孔隙水对采煤的影响第四系、新近系松散岩类孔隙水含水层主要由3－4层卵砾石层组成，厚度 5.65～10.45m。

单位涌水量0.0003～0.0592L/s.m，富水性弱，第四系河谷冲积层区富水性中等～强。

即河谷冲积层区对开采上组煤有一定影响，其它地方影响不大。

2.2石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水对采煤的影响碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层主要为石炭系太原组中—粗粒砂岩及其所夹K4—K2生物碎屑灰岩组成，其中所夹灰岩厚度10.10～16.84m，一般岩溶裂隙发育程度弱—中等，单位涌水量0.0136～0.0835L/s.m，富水性弱，局部断裂构造部位岩溶裂隙发育，富水性强。

由于此含水层总体补、蓄条件差，以静储量为主，易于疏干，对采煤煤影响较小。

2.3奥陶系岩溶裂隙水对采煤的影响井田西南部奥陶系峰峰组含水层单位涌水量为0.9569 L/s.m，富水性中等，对开采下组煤存在较大的突水威胁。

在断裂带上，其威胁更大；奥陶系上马家沟组含水层单位涌水量1.8566～2.1322 L/s.m，富水性极强，但是井田内大部分区域为不带压开采区，少部分区域存在突水危险。

3地下水的化学成分及其形成作用地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液［4］。

各类地下水由于赋存介质的化学成分及孔隙与裂隙的连通性、水交替条件等存在较大差异，分别表现出独特的水化学特征。

3.1第四系、新近系松散岩类孔隙水水化学背景及成因第四系水赋存于以石英砂为主的孔隙介质中，渗透性较好。

因其处于地球表面，容易接受富含CO2大气降水的直接入渗补给，故水中HCO3－相对含量高于其它地下水。

此外，其顶底板含钙质结核的粘土层吸附了水中部分K ＋＋Na＋，同时置换出Ca＋，故水化学类型常以HCO3—Ca型水为主。

3.2石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙水化学背景及成因煤系层间灰岩水及砂岩水主要赋存于以钠长石、钾长石为主的砂岩裂隙中，裂隙连通性较差，水交替缓慢，易积累溶解度较高的K ＋＋Na＋。

而Ca2＋、Mg2＋因溶积度低，在水中含量相对较低，故水化学学类型常以HCO3-Na型水为主。

3.3奥陶系岩溶裂隙地下水化学背景及成因奥陶系峰峰组岩溶裂隙水赋存于石灰岩、石膏等海相地层的岩溶裂隙中，受富含介质成分的影响，水中富积Ca2＋、SO42－。

但因其埋藏深，与大气间的隔离层厚，环境封闭，故HCO3－含量相对较低，水化学类型常以 SO4－Na·Ca 型为主；奥陶系上马家沟组岩溶裂隙水赋存于石灰岩、白云岩等海相地层的岩溶裂隙中，上马家沟组含水层与峰峰组含水层水化学有明显的区别，主要表现为SO42-离子含量较峰峰组岩溶裂隙水明显下降，而Cl-、Ca2＋含量相对较高，水化学类型较为复杂。

4地下水化学分析模型4.1水化学分析方法各类地下水携带的特征离子，是分析水文地质条件的重要地质信息。

根据由已知推未知的原理，应用常规水化学分析方法及多因子聚类分析模型判断矿井地下水的突水层位及补给来源。

4.2聚类分析原理及计算软件采用数学地质中的聚类分析方法，通过计算各类（点）地下水水化学特征组分的聚类距离R，来间接判断突水点地下水所属层位及补给来源。

常规手工计算费时费力，利用聚类分析程序分析计算快速而准确，本次判断分析水源种类采用的是SPSS统计软件中的聚类分析模块进行统计计算。

4.3聚类分析因子收集已知含水层的水化学资料，分类统计结果见表1。

选择K＋＋Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－毫克当量百分数作为水化学特征组分。

表中所列各类地下水的水化学特征组分在地下水运移与演化的过程中具有示踪剂的作用，是判断井下突（涌）水点地下水来源的物质基础。

4.4聚类分析模型4.4.1建立模型运行聚类分析模型，计算未知层位涌（突）水点分析因子与各类地下水水化学特征组分的聚类距离R。

运用SPSS统计软件中的聚类分析模块进行统计计算。

详细步骤如下：打开SPSS软件，新建工作表“新阳矿水化学分析模型”，输入（或粘贴）数据，如图1，单击【分析】/【聚类分析】，选择并点击【分层聚类】，将VAR00001－VAR00002从右框一一加入右“变量”框，如图2，点击【分层聚类】中【绘图】按钮【系统树图】前打“√”，点击【继续】，如图3，并点击【分层聚类】中的【确定】按钮，可以得到聚类分析谱系图，如图4。

聚类分析谱系图，清晰直观的反映出各项相对位置与关系。

图3图2 图1图44.4.2分析结果如图4所知，若取R 值的可信度范围≤5，可将所有水化学特征组分样品分为6组，从上而下分别对应6种水源：第一组：以矿方提供新二采区北胶带化验资料（计算编号6－12）为主，各水化学特征组分数据关系极为密切，聚合为一组。

第二组：未知层位出水点1、2两个水样与XF3、XF4号孔峰峰组含水层水化学牲征组分聚合为一组。

第三组：XS2号孔、XF7号孔峰峰组含水层水化学特征组分聚合为一组。

第四组：XF6号孔、XF7号孔太原组灰岩含水层水化学特征组分与X3号孔第四系含水层水化学特征组分聚合为一组。

第五组：贤者村、西曹村新近系含水层水化学特征组分与X1号孔新近系含水层水化学特征组分聚合为一组。

第六组：韩家滩、胡家窑、矿用水源井为上马家沟组含水层，此含水层水化学特征组分与XS2号孔上马家沟组含水层水化学特征组分聚合为一组。

基本可以分析出：未知含水层水化学特征组分被划分入第二组，第二组已知XF3、XF4号孔为峰峰组含水层水源水化学特征组分资料，并且与未知层位出水点水化学特征组分1、2关系密切。

并且第二组与第一组（第一组为峰峰组含水层水化学特征组分）关系密切，更加说明未知层位出水点1、2为奥陶系峰峰组岩溶裂隙水涌（突）水。

4.4.3、模型应用及建议在下组煤开采情况下，分两种情况判别突水来源，第一种情况：掘进工作面发生突水，欲知其补给来源，待突水点涌水量初稳后取水样作全分析，将已知层位的水化学特征值与突水点的水化学特征值数据输入聚类分析模型，根据R 值可信度范围，若突水点与模型中A 含水层水化学特征组分属一组，则可结合地质情况推断地下水来源于A 含水层。

第二种情况是：已知突水点发生在A 含水层，但涌水点水化学特征值与相邻B 含水层水化学特征组分间的R 值亲近，则可结合地质情况及水位动态推断A 、B 含水层是否发生了水力联系，相互间的R 值越小，水力联系程度越密切。

建议在矿方在开采下组煤过程中，加强监测，如发现涌水量出现逐渐增大趋势，及时采集水样，监测有无奥陶系灰岩裂隙含水层混入迹象，以便采取相应的防治水措施。

表1 含水层毫克当量百分数5、结论5.1、地下水在形成过程中，由于受到含水层沉积期、地层岩性、建造和地化环境等诸多因素影响，使储存在不同含水层中的地下水主要化学成分有所不同［5］。

通过研究新阳矿内主要充水水源及其对采煤的影响，对新阳矿不同含水层水样进行取样化验，研究各含水层特征离子组成，分析地下水中特征离子组分的赋存与变化规律。

采用聚类法，利用SPSS统计软件中的聚类分析模块进行统计计算，得到聚类分析谱系图，清晰直观的反映出各项相对位置与关系，从而分析得知未知层位出水点水化学特征组分与奥陶系峰峰组岩溶裂隙水关系密切，得出结论未知层位出水点水源很可能为奥陶系峰峰组岩溶裂隙水。