水化学资料在煤矿突水水源判别中的应用

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025煤矿开采2014年第1期-25-潘谢矿区新生界含水层水化学特征分析及其在水源判别中的应用

潘谢矿区新生界含水层水化学特征分析及其在水源判别中的应用苏明金，贾少平，李源，陈晓雷（淮南矿业集团地质勘探工程处，安徽淮南232052）［摘要］通过对研究区上、中和下含水层常规离子水化学特征、径流场特征与形成机理分析，揭示各含水层水质存在天然差异，并利用水质阴阳离子组合关系与BP 神经网络技术分别对不同含水层水源进行判别，结果表明BP 神经网络技术水源判别效果显著优于离子组合，能够准确判别不同含水层水源归属，为矿井安全生产水灾害防治提供技术支持。

［关键词］新生界含水层；水化学特征；水源判别；BP 神经网络［中图分类号］TD163［文献标识码］B［文章编号］1006-6225（2014）01-0021-03Hydrochemical Characteristic Analysis of Cainozoic Aquifer in Panxie MiningArea and Its Application in Headwaters Discrimination［收稿日期］2013－07－08［DOI ］10.13532/11－3677/td.2014.01.006［作者简介］苏明金（1982－），男，安徽六安人，硕士，工程师，从事矿井水文地质、工程地质工作。

［引用格式］苏明金，李源，贾少平，等.潘谢矿区新生界含水层水化学特征分析及其在水源判别中的应用［J ］.煤矿开采，2014，19（1）：21－23，106.近年，两淮煤田发生多起水灾害事故，虽未造成人员伤亡，但造成极大经济损失，并给井下工作人员带来较大精神压力，因而，为有效进行矿井水灾害防治工作，进行灾害水源判别是决定治理工作方案与效果的关键；同时，通过对异常水样归属判别，结合水质资料可以反演水文地质条件，为水害预防及时提供可靠信息［1］。

因此，水源判别在矿井安全生产中具有深远的现实与社会意义。

1水样选取本次选取统计水样是2010年开始施工至2012年6月结束的钻孔，具有较强时效性，并依据近期编制的各矿井新生界报告［2－4］，对施工钻孔含水层位重新统一界定，排除“串层”钻孔，并剔除一个降深点抽水孔。

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【摘要】Finding the water source timely and accurately is the key for solving water bursting problem in mine. The water quality analysis of water samples in groundwater aquifer in a mining area was conducted. The hydro-chemical characteristics of different groundwater aquifers were analyzed using the trilinear chart of Piper. Through comparison of the water bursting place and the hydrogeochemical characteristics, the results indicated that the source of water bursting in mine is Ordovician limestone karst water. The hydrochemical characteristics analysis is a quick method for identification of the source of water bursting.% 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，并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比，正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。

研究认为，水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。

【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】4页(P42-45)【关键词】突水水源;水化学特征分析;Piper三线图【作者】张乐中;曹海东【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安 710054;中煤科工集团西安研究院，陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】P641;TD741目前，突水水源识别方法包括地下水化学成分分析法、同位素测定法、水温比对法、水位动态观测法等。

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。

临涣矿区岩溶水水化学特征及其突水水源识别

临涣矿区岩溶水水化学特征及其突水水源识别突水是制约煤矿安全可持续生产的常见灾害之一,在危害矿井安全生产的同时也威胁着工作人员的生命安全。

因此,快速、准确地识别矿井突水水源,对于矿井防治水工作与水害防治具有重要的实际意义。

本文以临涣矿区为研究对象,在矿区地质与水文地质资料的收集、整理与分析的基础上,分析了各含水层水样的水化学常规离子、TDS、PH等,研究了矿区岩溶水水化学特征,建立了矿区灰岩水突水的多种判别模式。

主要成果如下:（1）将K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS 与灰岩埋藏深度进行分析,得出埋藏深度的增加,K++Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、TDS含量呈增大的趋势,HCO3-含量则减少。

（2）采用piper三线图对矿区各含水层K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等常规离子含量分析,得出各含水层的水质类型:第四含水层为Cl-Na型以及Cl·SO4-Ca·Mg 型;煤系地层砂岩裂隙含水层为HCO3-Na型以及Cl-Na型;太灰含水层为SO4-Ca·Mg型和以及Cl-Na型;奥灰含水层SO4-Ca·Mg型以及Cl·SO4-Ca·Mg型。

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。

矿井突水水源的水化学特征分析及其判别模型

矿井突水水源的水化学特征分析及其判别模型
张磊;许光泉
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2010(037)002
【摘要】以徐庄煤矿为例,分析了矿井4个突水水源的水化学成分;应用逐步判别方法建立了徐庄煤矿突水水源判别模型,经检验,该模型具有较好的判别效果.对矿井突水水源判别及防治水工作具有一定的指导意义.
【总页数】4页(P7-10)
【作者】张磊;许光泉
【作者单位】安徽理工大学,地球与环境学院,安徽,淮南,232001;安徽理工大学,地球与环境学院,安徽,淮南,232001
【正文语种】中文
【中图分类】TD741
【相关文献】
1.不连沟煤矿充水水源水化学特征分析r及突水水源判别模型研究及应用 [J], 郭瑞;王永申;许刚
2.新安矿井突水水源的水化学特征分析 [J], 王捷
3.基于水化学特征分析的矿井突水水源判别 [J], 朱庆伟;李小明
4.基于水化学特征分析的象山矿井突水水源判别 [J], 代革联;薛小渊;牛超
5.基于水化学特征分析判别朱集矿矿井突水水源 [J], 张淑莹;胡友彪;琚棋定
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水化学和统计学基本方法在突水溃砂物源判别上的应用

组含水层并不支持如此大规模的突水事件。从水量上分析，除了直罗组砂岩含水层以外，开采煤层上部可能提供突水溃砂动力源的含水层还包括白垩系底部砾岩含水层，并且，由于突水点距离边界断层ＦＤ１３仅
与本次突水的可能（图１）。
生３次突水溃砂事件，瞬时水砂量最大１５００ｍ。／ｈ，淤积物中混有磨圆度较好的砂泥质胶结体，下巷淤积长度约１０００ｍ，溃砂量超过２００００ｍ。，导致工作面推采线和下巷设备被埋。
１８煤含水层水具有相似的化学特征，一般具有较高的ＳＯ离子和相对低的Ｎａ＋＋Ｋ离子，指示２个含水层之间存在密切的水力联系，但其水化学特征与直罗组砂
基金项目：国家重点研发项目（２Ｏ１６ＹＦｃ０５０ｌ１０４）；国家自然科学基金资助项目（４１３０２２１４，４１６０２２５４）；中煤科工西安研究院面上项目（２０１６ＸＡＹＭＳ１０
１．２突水溃砂区水文地质条件分析
２．１．１水化学方法分析突水水源
采集３次突水水样进行水化学常规离子测试，并与
井田主要充水含水层水化学背景值进行比较（表１）。为了得到更为直观的对比结果，将水化学测试数据投绘于Ｐｉｐｅｒ图中（图２）。可以看出，３次突水水样水化学

水化学及同位素特征在矿井水源判别中的应用

水化学及同位素特征在矿井水源判别中的应用摘要：毛坪铅锌矿未采矿体均处当地最低侵蚀基准面洛泽河以下，为研究矿区洛泽河水与矿坑充水之间的相互关系，进一步查清矿坑充水来源，对矿区地表河水以及矿坑不同出水点采取水样，进行环境同位素测试和水质全分析。

分析结果表明：矿区浅层水和深层承压水在不同深度获得大气降水补给的速度有快有慢，相差悬殊；河水对矿床充水不强，矿坑水主要补给源为不同标高补给区的非定水头补给。

研究成果为进一步判定矿坑充水水源、分析矿山水文地质条件以及矿山防治水设计提供了科学的依据。

关键词：矿山防治水；水源判别；水化学特征；氢氧同位素1 矿区水文地质概况毛坪铅锌矿为已采矿山，主要矿体位于当地最低侵蚀基准面洛泽河之下[1-3]。

区内龙潭河、铜厂沟溪、锈水沟溪等其它河、沟均为洛泽河支流[4]。

洛泽河总体上控制了区内的地下水流动系统。

域内地下水接受降水补给后，依地势向洛泽河汇聚，然后从南往北迳流，部分地下水在沟谷等地形切割强烈地带形成下降泉排泄，补给河水[5，6]；部分地下水仍以地下迳流形式运动，于矿区北部遇峨嵋山组玄武岩隔水层，地下水径流受阻，沿东西向顺层裂隙溢出成泉，排泄地下水。

区内构造发育，地下水对构造裂隙长期溶蚀拓宽，岩溶裂隙水含水层具有一定库容空间，大气降水对岩溶裂隙地下水补给在时间上把年内或年际不连续的降水调整为连续的地下迳流，维持泉群长期排泄[7，8]；在空间上将较弱的区域裂隙水汇聚成脉状迳流，最后，汇集于排泄区以泉水形式溢出排泄地下水，本区为泉排型岩溶地下水系统[9]。

图1 矿区地下水矿化度等值线2 水化学水源判别2.1水质全分析特征本次研究工作水质全分析采样在矿坑、泉水、河水等重要水体采集水样20件。

矿床地下水水化学成份及矿化度值自北部、北东部二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层、石炭系威宁丰宁统岩溶裂隙水含水层、泥盆系宰格组岩溶裂隙水含水层逐渐升高（见图1），表明矿床地下水接受二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层地下水补给，经矿床运移至洛泽河即F1弱透水断层一带，地下水迳流滞缓，溶滤作用增强，水中盐分及矿化度值明显增高，特别是SO42-离子增加明显，同时说明矿床地下水受洛泽河水淡化不明显，河水对矿床充水不强的特征。

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责任编辑：聂明勋
作者简介：陈俊环（１９５５一），女，河北广宗人，高级工程师，现在河北省煤田地质局研究所从事煤田地质局检测技术工作。
２０１３年第２期
河
北
煤
炭
３）薄层灰岩的含水层，以ＨＣＯ一Ｃａ、ＨＣＯ
（ＳＯ）一Ｃａ・Ｎａ水为主，固溶物Ｍ＝５００～２５００
２）下石盒子砂岩含水层、煤顶板砂岩含水
层，一般以ＨＣＯ，一Ｎａ、ＨＣＯ，一Ｎａ・Ｃａ水为主，固溶
物Ｍ＝３００～９００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值８．０ —９．０；
收稿日期：２０１３－０１ — １５；
摘要：文章介绍了邢台矿区主要含水层的水质特征，并对水化学分析资料在含水层突水水源判别应用中的常见问题进行了探讨。关键词：含水层；突水水源；水化学；判别
中图分类号：ＴＤ７４１文献标识码：Ｂ文章编号：１００７ — １０８３（２０１３）０２ — ００５３ — ０２
邢台矿区包括东庞、邢东、邢台、葛泉、章村、显德汪等几个矿井。地层由老到新依次为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系。
主采煤层包括二叠系山西组２＃煤、石炭系太原组９煤，局部石炭系太原组５煤。其中，煤属于下组煤，煤层底板距下伏奥陶系灰岩顶面３０～４０
（ＨｅｂｅｉＣｏａｔｉｆｄＪＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕ，Ｘｉｎｇｔａｉ０５４０００，Ｃｈｉｎａ）
邢台矿区属于典型的华北型煤田，主采石炭
— —
生产威胁最大，属于区域强含水层。历史上，邢台
２．３水化学分析的局限性问题水化学指标用于含水层划分，有其有效性，但
ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值７．３—７．８；
４）奥陶系灰岩含水层，一般以ＨＣ０３一Ｃａ・Ｍｇ、ＨＣＯ３・ＳＯ一Ｃａ・Ｍｇ水为主，固溶物Ｍ＝３５０
二叠系煤层。随着下组煤的开采及采深的不
矿区大小煤矿曾发生几十次奥灰水突水淹井事故。石炭系薄层灰岩含水层中大青灰岩、本溪灰岩，厚度一般４—８ｍ，总体含水性一般，仅在局部地段与奥灰连通时水量较大。煤顶板砂岩含水层，补给条件一般，但在局部构造和裂隙发育地段含水性
—
ｍ。矿区主要含水层自上而下分别为第四系底部砾
石含水层、下石盒子砂岩含水层、２＃煤顶板砂岩含
７．８；
水层、石炭系薄层灰岩含水层、奥灰含水层等几个主要含水层。其中，奥灰含水层厚度超过５００ｍ，溶洞裂隙发育、补给充沛、空间连通性好，对煤矿
５５０ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值７．４—７．９；
同时也存在一定的不确定性。这种情况一般在老空水、陷落柱水以及多种水源混合出水时表现的比较
明显。
老空水根据其形成时间、补给条件、封存环境
５）老空水，一般以ＳＯ４一Ｎａ・Ｃａ、ＳＯ・ＨＣＯ３一Ｎａ－Ｃａ水为主，固溶物Ｍ＞１０００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒＣｈｅｍｉｓｔｒｙＤａｔａｔｏＡｓｈＷａｔｅｒＳｏｕｒｃｅ
ＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｉｎＭｉｎｅ
ＣＨＥＮＪｕｎ — ｈｕａｎ
水流经环境条件不同，围岩淋滤、溶解作用也不相
同，造就了不同含水层水化学特征的差异性。
பைடு நூலகம்
总体来看，邢台矿区含水层水化学特征可分为
以下５类：
１）第四系底部砾石含水层，以ＨＣＯ，一Ｃａ・Ｍｇ水为主，固溶物Ｍ＝３３６５３１ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值７．０
第２期
２０１３年４月
河北煤炭
ＨｅｂｅｉＭｅｉｔａｎＨｅｂｅｉＣｏａｌ
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１３
水化学资料在煤矿突水水源判别中的应用
陈俊环
（河北省煤田地质局研究所，河北邢台０５４０００）
较好。
断加大，底部奥陶系灰岩水（简称奥灰水）以及局部老空区积水的威胁越来越大。根据井下突水点水
化学特征分析，配合水位观测、示踪试验、物探、钻探等工作，对突水水源进行快速判别，为煤矿开展下一步工作提供有力技术支撑，对做好煤矿防治
水工作具有十分重要的意义。
此外，前些年矿区浅部小窑开采遗留的老空区
１主要含水层及水化学特征分析
１．１主要含水层
积水，因为资料不准确，也成为威胁矿井生产安全
的一个突水隐患。
１．２主要含水层水化学特征由于不同含水层岩性、地下水径流速度、地下