矿井突水水源的多元统计分析判别
第五章 矿井突水系统分析
Ca( HCO3 ) 2 2 Na 2 NaHCO3 Ca 2
（五）第三系底部砾岩含水层
该含水层在河南省矿区发育不稳定，对采煤一般不会造成威
胁。但在永夏矿区和鹤壁矿区尤其是冷泉、八矿一带，砾岩沉积 稳定、厚度大、分布广，孔隙裂隙发育。该砾岩水受淇河入渗补
给，富水性强，大部分直接覆盖于煤系地层之上，对矿井开采有
第五章 矿井突水系统分析
第一节 矿井突水水源判别
矿井生产过程中经常发生突然性的突水事故，突水后及
时准确判断突水水源是矿井防治突水工作中的关键所在。 由于矿井水文地质信息缺乏，运用数学方法来分析水质化
验资料，从而判断突水水源，不失为一种行之有效的矿井
地质工作方法。 河南省矿井充水含水层主要有 5 层，自下而上依次为中奥陶 统(Q2)灰岩含水层、石炭系第二层灰岩含水层（L2）、石炭系第八 层灰岩含水层（L8）、二叠系（P）砂岩含水层、晚第三系（N底部 砾岩含水层。另外，还有煤矿开采时经常遇到的老窑水，它们都有 可能成为矿井的突水水源。汪世花高级工程师自 1998 年开始对鹤 壁矿区各充水含水层水化学特征、水化学环境进行细致深入的研究， 井对多年来各含水层的水质分析结果进行了总结，从而揭开了河南 省煤矿应用水质资料判断突水源研究的序幕。
（二）石炭系第二层灰岩含水层
该层灰岩是下夹煤的直接顶板，平均厚度约8m，以溶蚀裂隙为主。 除了在西部山区接受上覆第三系松散含水层的潜水补给和大气降雨入渗 补给外，还要通过断层接受奥灰强含水层的对接补给。其含富含的金属硫化物FeS2
在氧化环境中生成硫酸盐：
（Ca+Mg）型水时，该水样可能是砂岩水或老窑水。
2 .详细识别
Na+为对Ⅱ（砾岩水）的隶属函数为-Na型和HCO -SO -Ca+Mg型水样 水质类型呈 HCO -Ca+Mg型、HCO 经过对同为 HCO -Ca+Mg型的奥灰水、砾岩水、八灰水水质指 建立水质指标对两个水源类型的隶属函数，如 Na+对Ⅰ（奥 数量多，采用模糊概率法和特征指标法识别；而其他类型的水样 标对比，发现奥灰水和八灰水水质指标非常接近，砾岩水同奥灰 灰水或八灰水）的隶属函数为 数量少，如采用模糊概率法识别无法保证找到合理的隶属函数， 水、八灰水的总硬度以及 xNa+、Cl-、SO 2-和固形物含量相差比较 0 所以只能选择若干水质指标作为识别的特征因子，用常规的方法 5 1.0 5 x 5 x 5 个水质指标作为识别水源类别的因子，组成因 大。因此，选这 HCO -Ca+Mgx 15 (5 3) Ⅱ( x) 15 5 型水为例，说明识别过程。 识别。以下以识别 x 10-、SO 2- ，固形物，总硬度｝，而取识别集 Ⅰ x) 5 x 15 (5 2) 素集 U=｛ (Na+、Cl x 15 1.0 10 老窑水固形物含量非常高，砂岩水 Na+含量高，Mg2+含量、 r V={Ⅰ，Ⅱ},Ⅰ代表奥灰水或八灰水，Ⅱ代表砾岩水。 x 15 根据下式计算各指标对于各水源类别的平均隶属度 2++Mg2+)（摩尔含量）低。首先应用剔除法将老窑水和砂岩水 0 （Ca 与奥灰水、砾岩水、八灰水区别开来。 b
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作者：周全涛来源：《科技创新与应用》2013年第35期摘要：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。
关键词：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异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。
煤矿突水水源判别与水量预测方法综述
第40卷 第3期 煤田地质与勘探Vol. 40 No.32012年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2012收稿日期: 2011-10-30作者简介:杨海军(1986—), 男, 四川广安人, 硕士研究生, 从事水文地质研究.文章编号: 1001-1986(2012)03-0048-07煤矿突水水源判别与水量预测方法综述杨海军1,2，王广才1,2(1. 中国地质大学水资源与环境学院，北京 100083； 2. 生物地质与环境地质国家重点实验室，湖北 武汉 430074)摘要: 突水严重制约着煤矿安全生产。
突水灾害的防治是涉及多学科多方法的系统工程。
矿井突水水源快速判别和矿井涌水量准确预测是突水灾害防控的重要环节。
从矿区地质环境精细探测、地下水循环交替特征和数学模型研究及应用等方面，总结了国内外煤矿突水预测的主要进展。
对判别突水水源和预测涌水量的各种方法进行探讨，概述了各种方法的原理、应用现状及其适用条件。
关 键 词：煤矿突水；预测；判别；涌水量；模型中图分类号：P641.4; TD74 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.03.012Summarization of methods of distinguishing sources and forecasting inflow ofwater inrush in coal minesYANG Haijun, WANG Guangcai(1. School of Water Resources and Environment , China University of Geosciences , Beijing 100083, China ;2. State Key Laboratory for Biogeology and Environmental Geology , Wuhan 430074, China )Abstract: Water inrush seriously restricts the safe production of coal mine. The prevention and control of water inrush disaster is a systematic engineering which involves many disciplines and methods. Distinguish-ing sources of water inrush quickly and forecasting water inflow accurately are important links for the pre-vention and control of mine water inrush. In terms of fine investigation of geology environment of mine, the research on the characteristics of circulation and alternation of groundwater, and the research and application of mathematical models, the paper summed up the main domestic and international progress in prediction of coal mine water inrush, and discussed various methods of distinguishing sources of water inrush and fore-casting water inflow, and summarized the theory, application status and application conditions of the methods. Key words: coal mine water inrush; forecasting; distinguishing; water inflow; model我国是煤矿水害多发的国家，突水造成的直接经济损失一直排在各类煤矿灾害之首，特别是华北石炭-二叠系煤田和南方晚二叠系煤田受岩溶水的威胁严重，突水事故频繁[1]，亟待解决。
矿井出水点多水源判别方法
矿井出水点多水源判别方法
卫文学;卢新明;施龙青
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2010(035)005
【摘要】根据已知水源、出水点典型化学离子组分含量等数据,采用运筹学方法,建立矿井出水点多水源判别数学模型,并利用简约梯度法对模型进行求解.在模型求解过程中引入的松弛变量具有重要的物理意义,如果解中松弛变量取值较大,则意味着存在未知水源.采用文献及矿山实际数据进行验证,结果表明,该方法不仅适用于多水源出水的情况,判别已知水源是否与出水点导通,计算各水源在出水中所占的比例,而且还能揭示是否存在未知水源.
【总页数】5页(P811-815)
【作者】卫文学;卢新明;施龙青
【作者单位】山东科技大学信息科学与工程学院,山东青岛,266510;山东科技大学信息科学与工程学院,山东青岛,266510;山东科技大学地质科学与工程学院,山东青岛,266510
【正文语种】中文
【中图分类】P641.4
【相关文献】
1.应用矿井主要含水层水质分析方法判别出水源 [J], 王永法
2.判别分析法在芦岭矿井出水水源判别中的应用 [J], 董春江;宋三胜
3.矿井出水水源判别的综合方法 [J], 刘基
4.矿井突水水源的判别方法 [J], 周雅茹;高颖;冯永兵;刘影;赵子義;宋淞
5.矿井突水水源判别的多组逐步Bayes判别方法研究 [J], 陈红江;李夕兵;刘爱华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
矿井突水水源判别方法与应用
Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ・ ｌ ｉ ｎ ，Ｚ ＡＮ Ｍｉ ｎ ｇ － ｊ ｕ ｎ， ＨＡＮ Ｌ ｅ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ，Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ ４ ５ ４ ０ ０ ０， Ｈｅ ｎ ａ ｎ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ １ ６ ７ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｈｅ ｂ ｉ Ｍｉ ｎ ｅ， ａ ＢＰ ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｏ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｕ ｉ ｓ ｈ
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特基础清晰但都需要根据经验确定计算公式中各嫌评价因子的权重值具有一定的人为nnnbp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
第３ ３卷 第 ５期 ２ ０ １ ４年 １ Ｏ月
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｓ ｏ ｎ ｒ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｕ ｓ ｈ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｒ ｅ ・ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ． Ｉ ｔ ｗａ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ． Ｓ ｏ ｍｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｕ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｏｔ ｈ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ａ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ａ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｕ ｓ ｈ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ． Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｙ， ｉ ｆ ｍｏ ｒ ｅ ｗａ — ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｍｐｌ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ， ＢＰ ｎ ｅ ｕｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ， ａ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｗｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｔ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ， Ｓ ＶＭ
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。
矿井突水水源的判别方法
矿井突水水源的判别方法
1. 从水文地质学和水文地质地貌角度：可以根据该区域的古地貌形态、表层土壤、地下水等水文地质特征，推测突水水源的来源。
2. 从水分析测试的角度：可以对突水水源中的水质成分进行检测，然后比较与相近地区井内或井外水体的化学成分，以判定水是来自矿井突水还是其它来源。
3. 从水体涵养能力角度：判断水体的涵养能力，对矿井井水来源进行判断，矿井突水水源一般有较强的涵养能力，而其它水源涵养能力往往较弱。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12.83
13.61
1212.39
188.28
408.23
2
16
1000.15
11.22
8.27
1036.91
99.90
543.08
2
17
947.88
9.62
6.81
985.51
49.95
555.28
2
18
894.60
3.21
1.46
912.84
14.41
573.59
2
19
940.39
16.03
7.29
安徽某矿区内主要充水含水组有新生界含水组、煤系砂岩裂隙含水组、太灰岩溶裂隙含水组及奥陶 系灰岩岩溶裂隙含水组，其中影响该煤矿安全开采的含水层细分为煤层顶板砂岩含水层、煤层底板砂岩 含水层与太原组灰岩含水层，需要重点研究分析。
本文将对影响该矿安全生产的各含水层水化学资料应用多种统计分析方法进行研究，主要采用聚类 (系统聚类)分析、因子(主成分)分析和 Bayes 逐步判别分析[5]，进而构建矿井突水水源判别模型，对突水 水源做出判别。
目前突水水源判别的主要方法有传统的环境同位素分析法、常规水化学特征判别法等，现代快速 发展的多元统计学分析方法(距离判别分析法等)和非线性识别方法(BP 神经网络法、可拓识别法等)等。 吕玉广等[2]对王楼煤矿的水化学检测报告进行详细的整理分析，运用水化学特征法识别出煤系地层上 段侏罗系砂岩裂隙水是该矿井的突水来源；周健等[3]选取距离判别方法准确地判别出梧桐庄煤矿突水 水源，并与之前该矿采用的神经网络识别结果对比，认为距离判别法可以对矿井水来源做出高效的判 定；鲁金涛等[4]建立出主成分分析和 Fisher 判别分析综合模型，对突水水源予以判别，取得很好的成 效。
矿区内地表水主要受济河影响，地下水主要赋存在岩溶裂隙、砂岩裂隙与新生界孔隙之中。在沉积 作用的影响下，形成含水层与隔水层相间出现的复合承压水。整个矿区内无复杂构造，各含水层之间水 力联系不密切，只在断层形成的导水通道处产生较小的补给关系。矿区主要含水层中煤系砂岩裂隙含水 层存在范围最广，q 值为 0.0046~0.0872 L/s·m，富水程度大都较弱，且静储量占多数，但当受到大的扰动 而使层间水力平衡遭受破坏时则可能发生水力联系并突水；太原组灰岩含水层均厚为 103.38 m，q 值约 是 0.096~0.0808 L/s·m，富水程度较弱，但此含水层岩溶发育明显，可能对矿井生产造成不利影响，曾直 接作为东风井突水水源。所以，在矿井开采时，应予特别注意。
918.16
38.42
750.55
2
20
952.39
9.62
5.83
985.51
11.53
622.40
2
21
995.90
51.30
20.42
1237.21
180.59
329.51
3
22
906.86
49.70
24.31
1134.40
146.01
347.81
3
23
1038.18
81.76
1.94
1063.50
1202.09
1
6.81
978.42
15.37
640.71
2
9.72
967.79
57.64
631.56
2
4.86
1237.21
38.42
585.79
2
8.75
999.69
84.53
494.26
2
DOI: 10.12677/me.2020.83044
346
矿山工程
李超 等
Continued
15
1091.69
1
0.00
535.30
46.11
1220.40
1
3.89
545.93
126.80
1147.18
1
1.22
597.33
3.29
1462.04
1
1.34
794.50
14.20
1235.59
1
5.83
638.10
0.00
1092.26
1
1.94
545.93
73.01
1116.67
1
0.00
574.29
0.00
3. 突水水源的多元统计分析判别
矿井含水层水化学成分中含有 8 个主要离子，其中重点研究讨论的 7 种，总量可达水中离子成分的 90%以上[8]。这些离子对矿井水的性质类型起着决定性的作用，根据其差异可对矿井水化学类型进行划 分，进而对矿井突水水源做出判别。
本次整理了该矿 30 个水样的水化学特征资料(如表 1 所示)，水样主要采于煤矿东翼采区探测孔、(轨 道与皮带)石门、主副井及风井等，采样与测试时间在 1997~2017 年之间，此时间段内煤矿开采产生的扰 动总体不大，可能对矿井安全造成影响的含水层大体处于静态，因而是在静态条件下对水化学特征进行 多元统计分析。
Multivariate Statistical Analysis and Discrimination of Water Inrush Source in Mine
Chao Li, Duoxi Yao, Guifang Zhang, Manman Zhang, Xiangshuai Meng School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui
Keywords
Water Inrush Source, Main Ions, SPSS Software, Cluster Analysis, Bayesian Stepwise Discriminant Analysis
矿井突水水源的多元统计分析判别
李 超，姚多喜，张桂芳，张曼曼，孟祥帅 安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南
Table 1. Water sample data table (unit: mg/L) 表 1. 水样数据表(单位：mg/L)
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
X1 913.87 900.86 972.89 890.85 929.38 1010.64 1061.68 925.88 920.87 883.85 934.87 933.64 1120.95 954.89
关键词
突水水源，主要离子，SPSS软件，聚类分析，Bayes逐步判别分析
Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/
Open Access
1. 引言
在煤矿生产过程中突水是与火灾、瓦斯等事故并列的矿井最主要安全灾难之一，长期以来一直严重 威胁着煤矿安全开采。日后，随着浅部煤层开采完结，开采深度和范围势必不断加深和扩大，那么由深 部开采带来的突水问题必将日益显著。如果矿井出现突水，怎样高效准确地查清突水缘由，判定突水水 源，是处理和进一步防范突水事故的首要问题[1]，也是做好诸项后续治理工作的前提。
Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(3), 344-354 Published Online July 2020 in Hans. /journal/me https:///10.12677/me.2020.83044
收稿日期：2020年6月22日；录用日期：2020年7月7日；发布日期：2020年7月14日
文章引用: 李超, 姚多喜, 张桂芳, 张曼曼, 孟祥帅. 矿井突水水源的多元统计分析判别[J]. 矿山工程, 2020, 8(3): 344-354. DOI: 10.12677/me.2020.83044
480.30
李超 等
摘要
准确地判别突水水源，是做好防治水工作的首要任务。为解决这一问题，收集整理了安徽某矿相关的水 文地质资料，以水质分析结果及水文地球化学为基础，选取七个主要离子作为判别指标，基于SPSS软件， 将不同含水层的水化学资料中的30个作为训练样本，6个作为预测样本，采用多元统计分析方法中的聚 类分析与Bayes逐步判别分析分别建立突水水源判别模型，并对两种方法做出比较。分析结果表明：聚 类分析与Bayes逐步判别分析对该矿突水水源都可以做出准确的判别；聚类分析中尤以Ward法准确度最 高；Bayes逐步判别剔除了重复信息，判别结果准确率达到100%，是该矿判别突水水源的首选方法。可 为矿井突水水源的判别提供一种新的思路。
Received: Jun. 22nd, 2020; accepted: Jul. 7th, 2020; published: Jul. 14th, 2020
Abstract
Accurately distinguishing the source of water inrush is the primary task of water prevention and control. In order to solve this problem, the hydrogeological data of a mine in Anhui are collected and sorted out. Based on the results of water quality analysis and hydrogeochemistry, seven main ions are selected as discriminant indexes. Based on SPSS software, 30 hydrochemical data of different aquifers are taken as training samples and 6 as prediction samples. Cluster analysis and Bayesian stepwise discriminant analysis in multivariate statistical analysis method establish discriminant models for water inrush source, and compare the two methods. The results show that both cluster analysis and Bayesian stepwise discriminant analysis can accurately discriminate the source of water inrush in this mine; Ward method is the most accurate method in cluster analysis; Bayesian stepwise discriminant eliminates duplicate information, and the accuracy rate of discriminant results reaches 100%, which is the preferred method to discriminate the source of water inrush in this mine. It can provide a new way to distinguish the source of mine water inrush.