常规水化学方法识别突水水源的应用

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。     

潘一煤矿地下水化学空间变化特征与水源识别分析

为了认识矿井地下水化学在空间分布上的特征与变化规律和正确、快速识别地下水水源,用Piper图示法分析潘一矿4个主要含水层的地下水化学特征和水质类型,探究了新生界下含水和煤系水水质在空间上的变化特征,并用BP人工神经网络方法判别水样来源。结果如下:潘一矿新生界上含水,与其他含水层的水样水质相差较大,水质类型为HCO_3-Na+K·Ca;新生界下含水水质类型比较单一,为Cl-Na+K型水;煤系水沿HCO_3~-方向分布范围广,水质的类型主要为Cl-Na+K型水;灰岩水为Cl-Na+K型水。新生界下含水、灰岩水和部分煤系水水质比较接近,难以通过水质信息对水样来源做出有效判别。潘集背斜附近的浅部煤系砂岩含水层可能受到上覆下含水的补给,呈现出较高的Ca~(2+),Mg~(2+)浓度和较低的HCO_3~-浓度的特征。BP人工神经网络方法判别准确率为82.3%,总体上判别效果较好。     

柠条塔煤矿水化学特征及水源识别模型

为了快速准确区分矿井涌水的来源,以柠条塔煤矿为例,通过对萨拉乌苏组含水层、直罗组风化基岩含水层、烧变岩含水层以及采空区积水进行水质化验,分析了不同含水层的水化学特征,选取Na~++K~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-),HCO~-_3,TDS的浓度作为水源识别的判别指标;利用逐步回归分析(SR)筛选出HCO~-_3,TDS和Mg~(2+)这3个指标作为模型的判别因子,最大化的保留分类信息;运用最小二乘支持向量机算法对20组训练样本进行学习训练,以剩余8组数据作为验证样本,建立基于SR-LSSVM的矿井涌水水源识别模型,并将模型的实测结果与支持向量机、最小二乘支持向量机模型的结果进行对比。结果表明:利用SR-LSSVM模型预测的矿井涌水水源的准确率为100%,显著高于其他模型的预测结果,说明该方法可以对矿井涌水水源进行准确识别;将该模型应用到4个待测样本的识别预测中,判别结果与实际情况完全吻合。研究认为基于SR-LSSVM法的水源识别模型与水化学分析法相比能够有效排除干扰因素的影响,精确识别矿井涌水的类型,该方法为矿井水害防治提供一定的依据和参考。     

基于遗传BP神经网络的矿井突水水源识别

为了快速有效识别矿井突水水源,消除矿井水害,综合考虑各种水化学离子在水源识别中的重要性,选择Na~++K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)、HCO_3~-等6种水化学离子作为识别因子,提出了一种基于遗传算法优化BP神经网络的矿井突水水源识别方法.在同样的训练样本和待测样本下,将该方法的识别效果与BP神经网络、距离判别法、Bayes判别法等方法的识别效果进行比较.仿真结果表明该方法收敛速度更快,识别精度更高.     

矿井涌水水源的主成分分析和BP神经网络判别

为准确判别矿井涌水水源,针对矿井各主要含水层的水化学特征数据样本,利用主成分分析法消除变量中的重复信息,采用BP算法对网络进行训练,实现对随机挑选样本的判别,并与Bayes判别结果进行比较.结果表明：主成分分析与BP神经网络相结合的方法判别涌水水源的正确率为82.35％,优于Bayes判别法.该研究为有效开展矿井防治水工作提供了参考.     

许疃矿32块段出水水源Fisher识别分析

鉴于许疃矿32块段3222切眼持续突水,为了快速有效地判别出该矿出水点的水源类型,为该矿防治水措施的制定提供科学依据,通过利用所收集的许疃矿32块段不同含水层常规水化学数据和与其具有相同水质单元的任楼矿部分水化学数据,依据各含水层地下水化学组分情况,最终选取了7种能够区分各含水层类型的水化学指标,并借助SPSS软件建立了许疃矿突水水源的Fisher识别模型。训练水样的判别结果经回估后发现,该模型在许疃矿水源类型的判别中正确率高,表明此模型在许疃矿水源判别中效率较好,可作为许疃矿矿井突水时快速判别水源类型的一种依据,对该煤矿日后安全生产具有一定的实际意义。最后对许疃矿出水点待判水样进行科学判别,判别结果为:所有待判水样均为砂岩水。另外,论文中许疃矿水源判别模型建立时未考虑各含水层混合后的情况,因此该模型还可作进一步研究。     

煤矿采空区积水水源的识别研究

为了能够准确判别采空区积水水源,以陕西黄陵二号煤矿为例,在各含水层水质分析的基础上,运用模糊综合评判法和水化学特征分析法准确判别出采空区积水的水源。研究认为,在每个含水层采集了3个水样,共计18个,并对各含水层水样的K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)、HCO~-_3、CO_3~(2-)、Fe~(3+)、Fe~(2+)各种阴阳离子进行了水质分析化验,在此基础上,选取各水样阴阳例子浓度指标作为分类因素进行模糊综合评判,依据最大隶属度原则来确定积水水源,其结果为采空区积水来自侏罗系延安组含水层。对各含水层水样进行水化学特征分析,并绘制水化学背景Piper三线图和水源判别Piper三线图,发现采空区积水水源以侏罗系直罗组和延安组含水层为主。再者,顶板导水裂隙带是采空区充水的主要途径,导水裂隙带绝大部分在延安组发育,少数区段发育至直罗组底部。立足模糊综合评判法和水化学特征分析法,结合导水裂隙带发育高度,得出采空区积水主要水源是侏罗系延安组含水层,次要水源是侏罗系直罗组含水层底部。     

基于水化学特征分析的象山矿井突水水源判别

为能够快速的、准确的识别矿井突水水源,减少煤矿人员伤亡和经济损失,以象山煤矿为例,应用Piper三线图法对井田内3组基岩含水层(奥陶系灰岩含水层、石炭系砂岩/灰岩含水层、二叠系砂岩裂隙含水层)中水质类型进行划分,采用水质分析对比和系统聚类分析相结合的方法,通过对井田内3组基岩含水层中28个水样进行的分析,获得了不同基岩含水层水的化学特征,根据水化学特征,将突水点处的待定水样和3组基岩含水层中的水样对比来判别矿井突水水源,同时提出了利用模糊聚类方法进一步确定矿井突水水源。研究结果表明,石炭系砂岩(灰岩)水和奥陶系岩溶水的水化学特征都与待定水样比较相似,不能轻易识别;聚类分析法能够排除干扰因素并最终精确判别矿井突水水源,即象山煤矿280排矸石门突水的水源为奥灰岩溶水,预测结果与实际相符,表明该方法针对矿井突水的水源判别具有较好的准确性。     

潘二煤矿沿Ⅳ勘探线地下水化学成分空间分布特征研究

准确掌握煤矿地下水水化学成分,查明不同含水层地下水的水化学类型和离子空间分布特征,对矿井突水水源快速判别和水害有效防治具有重要意义。文章基于潘二矿的地下水水质资料并结合矿井水文地质条件,采用Piper三线图和直方图对其地下水水化学空间分布特征进行分析。结果表明,在垂向上灰岩含水中的K^＋＋Na^＋、HCO3^-浓度和煤系水中的Cl-浓度随深度增加先减后增,煤系含水层中的SO1^2《浓度随深度增加而增加;水化学类型由HCO3·C1-Na＋K渐变为C1Na＋K。根据水化学成分的变化规律,可以区分各层突水水源,为正确判别矿井突水水源提供可靠依据。     

华北隐伏型煤矿地下水水化学演化与突水水源判别

我国华北隐伏型煤田突水水源判别普遍注重单一含水层的静态水化学场分析,很少考虑煤矿开采进程中多含水层地下水系统水化学演化规律。为此,本文以典型华北隐伏型煤田——淮北煤田为研究示范,提出了地下水渗流与水化学演化模式。而且以淮北煤田境内的芦岭煤矿Ⅱ1016工作面出水点水化学动态变化为例,基于地下水渗流与水化学演化模式,正确判别出该工作面出水水源与渗流突水模式。研究成果对我国华北隐伏型煤矿水灾防治提供重要理论支持。     

近煤层灰岩含水层水化学特征研究

为弄清近煤层灰岩含水层地下水水化学分布规律,进而为水源判别等煤矿防治水工作提供一定依据,通过图示法对比分析同一含水层在不同矿区的水化学类型以及离子浓度特征,结果表明:不同矿区的同一含水层的水化学类型有异同,如超化矿奥灰水水化学类型为Ca-Mg-HCO_3,裴沟矿奥灰水水化学类型为Ca-Mg-HCO_3-SO_4,赵家寨矿奥灰水水化学类型为Ca-Na-MgSO_4-HCO_3、Ca-Mg-Na-SO_4-HCO_3、Na-Ca-HCO_3-SO_4;不同矿区的同一含水层离子浓度有差异,如超化矿、赵家寨矿、李梁店矿L_(7-8)含水层地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_(42-)浓度和硬度平均值依次增加,赵家寨、超化和裴沟矿区内奥灰水中Na~+浓度差异较大。     

上海市地下水矿化度与水化学离子浓度间的耦合关系

为提升上海市地下水环境质量,探讨了上海市经济快速发展时期(2001—2013年)全市潜水含水层及第Ⅱ~Ⅴ承压含水层地下水矿化度与Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,NO_3~-,NO_2~-,NH_4~+,TFe,Mn~(2+)浓度之间的耦合关系,发现各含水层地下水矿化度与不同离子浓度的空间分布之间具有一定规律性,不同含水层矿化度与不同种类离子浓度之间存在显著正相关或者负相关.鉴于矿化度与各水化学离子之间的相互关系在一定程度上反映了地下水的成因,因此,矿化度是反映地下水环境质量演化趋势的优良指标之一.     

基于特定水化学特征的矿井涌水量构成比例分析

为了解决煤矿开采过程中难以准确掌握矿井涌水量构成比例问题,采用常规水化学分析法对矿井各充水含水层不同平面位置的水化学特征差异进行了分析,结合对相似程度较高的不同充水含水层进行不同配比的水样混合试验分析,确定出各充水含水层的特征离子为K++Na+和SO2-4.根据溶解度大的特征离子在水样混合前后遵守质量守恒原理,通过构建并求解以矿井涌水量构成比例为未知数的多元一次方程式预测的各涌水量占比与实测的各涌水量占比基本吻合。考虑到代表各个充水含水层特征离子含量的水样数据较少和同一含水层同一平面位置不同剖面上水质可能存在差异,应尽可能多地获取各个充水含水层不同平面和不同剖面位置上的水质资料,以求更客观真实地获得矿井涌水量构成比例。     

平朔矿区地下水水化学特征及成因

为揭示平朔矿区地下水化学特征及成因,采集了区内浅层孔隙水、山西组砂岩裂隙水、煤系层间砂岩裂隙水和奥陶系灰岩裂隙水四个含水层共计31个地下水样,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、离子组合比和主成分分析等方法深入探讨该区地下水水化学组分形成及影响因素.结果表明:研究区各含水层地下水总溶解固体(TDS,total dissolved solids)范围在211.84～1315.00 mg·L~(-1).四个含水层主要优势阴阳离子分别为HCO_3~-和Ca~(2+),水化学类型随含水层深度增加由HCO_3~--Ca~(2+)·Mg~(2+)型向HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)·Mg~(2+)型过渡.地下水化学组分主要受阳离子交替吸附作用、黄铁矿氧化、盐岩溶解及碳酸盐和硫酸盐溶解作用控制.其中黄铁矿氧化、盐岩溶解及碳酸盐和硫酸盐溶解作用对深部含水层地下水组分的影响显著强于浅层孔隙水.     

基于水化学特征分析的矿井突水水源判别

为了能够准确并快速地判别煤矿突水水源位置,采用基于水化学特征的判别分析法,对矿井突水水源进行综合评判。即利用突水点的水化学分析指标离子的检测值与以往收集的各个主要含水层的水化学指标离子本底值,通过利用判别分析方法,建立各含水层的判别模型,再将突水点的水样离子浓度带入判别模型,判定突水水源。判别分析结果表明,采用这种方法判别突水水源,,判别精度较高、方法简单易操作、节省时间。     

基于BP神经网络的煤矿透水水源判别方法

为了快速准确判别透水水源,为煤矿水害防治提供依据,系统分析了福建省龙永煤田透水水源35个标准水样的水化学特征,确定Ca~(2+)、HCO_3~-和SO_4~(2-)为特征离子,建立BP神经网络判别模型,随机选取不同水源类型的9个水样作为检验样本,预判正确率88. 89%,采集3个未知样本,验证其预判准确率为100%。     

青海湖沙柳河流域夏季河水和地下水水化学特征

河水和地下水的水化学特征能够反映流域水环境的特点和水质情况.本文以青海湖沙柳河流域为研究区,选取夏季典型月份进行了河水和地下水样品采集及可溶性离子含量的测定,对青海湖沙柳河流域夏季河水和地下水的离子含量特征、水化学类型、离子来源和灌溉适宜性进行了研究.结果显示:(1)青海湖沙柳河流域夏季河水和地下水的pH平均值分别为7.59和7.12,电导率(EC)平均值分别为365.17μs·cm~(-1)和592.93μs·cm~(-1);河水和地下水的阳离子平均浓度顺序依次为Ca~(2+)Mg~(2+)Na~+K~+Li~+NH_4~+,阴离子平均浓度顺序为HCO_3~-SO_4~(2-)Cl~-NO_3~-NO_2~-F~-.Piper三线图结果显示该流域夏季河水和地下水水化学类型均以HCO_3-Ca·Mg和HCO_3-Ca型为主.(2)Gibbs图结果显示,夏季河水和地下水Na~+/(Na~++Ca~(2+))质量浓度比值范围为0.03～0.62,Cl~-/(Cl~-+HCO_3~-)质量浓度比值范围为0.01～0.18,表明岩石风化作用是控制整个沙柳河流域夏季河水和地下水水化学组分的主要因素.(3)青海湖沙柳河流域夏季河水和地下水钠百分比(Na~+%)平均值均为15%,钠吸附比(SAR)平均值分别为0.37和0.46,表明该流域夏季河水和地下水很适宜灌溉.     

模糊综合评判法的改进及在水源判别中的应用

为了快速有效地判别矿井突水水源,提高水源判别准确率,提出一种改进的模糊综合评判模型,即用各含水层水质判别指标的Huber-M估计量,替代其平均值作为各含水层的标准背景值。将改进的模糊综合评判模型应用于斜沟煤矿突水水源判别中,结合斜沟煤矿水文地质特点,通过K++Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO2-4,HCO-3建立判别指标,并采用超标加权法来确定判别指标权重,隶属度函数采用"三角形和半梯形组合"的隶属函数。实验结果表明,用Huber-M估计量替代平均值作为各含水层的标准背景值进行实验,提高了突水水源判别的准确率,且未知水样的水源判别结果全部正确,证明该方法切实可行。     

逆冲推覆体下煤系砂岩和太灰含水层水化学特征

为研究阜凤逆冲推覆体下煤系砂岩和太灰含水层水化学特征,对淮南新集矿区(新集一矿、二矿和三矿)进行水样采集、测试及分析,采用Piper三线图、相关性分析及离子比例系数讨论水化学特征及其成因。结果表明:(1)煤系砂岩水和太灰水,阳离子中Na~+占比重最大,来源于岩盐溶解、阳离子交替吸附以及钠长石的溶解,Ca~(2+)次之;阴离子以Cl~-为主,主要来源于岩盐的溶解,HCO_3~-次之,HCO_3~-和Ca~(2+)主要来源于碳酸盐的溶解。煤系砂岩水水化学类型为Cl-Na、Cl·HCO_3-Na型;太灰水的水化学类型为Cl·HCO_3-Na、Cl-Na、Cl·HCO_3-Na·Ca型。(2)受推覆体影响,两个含水层的水动力条件较差;就三个矿井而言,处于推覆体前缘、离推覆体较远的新集三矿水动力条件较一矿和二矿好。     

基于三维空间插值的真三维地下水水化学场构建

文章以淮南市顾北矿及其周边煤矿的地下水水质资料为基础,采用改进的地理信息系统(geographic information system,GIS)三维空间插值方法构建顾北矿新生界下部含水层的真三维地下水水化学场,并利用Tecplot可视化软件实现其三维可视化。研究结果表明,该方法可以有效描述地下水水化学场的三维空间分布规律并成功实现其三维可视化,特别对于水质空间分布连续性较好的含水层,描述准确性较高,对具有统一地下水位的地下水含水层具有较好普适性,可为矿井地下水水质真三维空间分布规律研究和矿井水害防治等提供重要辅助决策支持。