水化学特征法识别刘桥煤矿矿井充水水源

详细阐述了井田内各个含水层的水文地质特征,明确了煤系地层砂岩裂隙含水层及底板灰岩水含水层为矿井开采的主要充水水源,采用离子含量柱状图、Piper三线图对各含水层的水质类型进行初步区分,为矿井技术人员快速准确判别充水水源提供了有效的方法和依据。     

顾北矿区地下水化学特征及成因分析

为研究顾北矿区地下水水化学特征及其控制因素,快速准确判别矿区突水水源提供依据。采用常规数理统计、Piper三线图、相关性分析、TDS与各离子关系图、Gibbs图以及离子比例系数6种方法对研究区地下水22个水样进行系统的研究分析。结果表明:研究区内含水层总体上呈弱碱性;阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,HCO_3~-和SO_4~(2-)次之;新生界下含和煤层顶板砂岩水质类型为Cl-Na+K型,底板砂岩水质类型为Cl·HCO_3~-Na+K型,太灰和奥灰含水层水质类型Cl·HCO_3-Na+K·Ca型和SO_4·HCO_3-Ca型;地下水水化学性质受水岩相互作用的影响。     

杨柳煤矿主采10煤层充水条件分析及充水水源识别

在研究杨柳煤矿地质条件水文地质特征的基础上,对矿井的充水水源及充水通道进行了分析,并利用地下水化学法做出Piper三线图来识别突水水源。结果表明:杨柳煤矿充水水源主要是二叠系主采煤层间含水层和底板的灰岩裂隙水,为矿井水害防治提供一定的参考依据。     

鹤壁六矿主要含水层水文地质特征及水质分析

通过对鹤壁六矿矿区各含水层的水文地质特征和水质指标综合分析,得出了矿区各含水层水质分析结果,对确定井下突水水源有重要意义.     

孙疃矿区地下水化学特征及其控制因素研究

为了研究孙疃矿区地下水化学特征及其控制因素,先后采集矿区内31组水样,综合运用数理统计、Piper三线图、相关性分析、Gibbs模型以及离子比例系数等方法,系统分析了孙疃矿区地下水化学特征。结果表明:研究区各含水层pH值平均为8.4,水质呈弱碱性,各含水层中阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以SO_4~(2-)和HCO_3~-为主,TDS平均为976.77mg/L,7-8煤、10煤上下含水层水质类型为HCO_3-Na+K型和HCO_3·Cl-Na+K型,太原组灰岩含水层水质类型为HCO_3·ClNa+K·Mg型,奥陶系含水层水质类型为SO_4·HCO_3·Cl-Na+K·Ca·Mg型,水样在Gibbs图中的分布和主成分分析表明,各含水层中离子组成受岩石风化溶解控制,人类活动对水化学影响较小,离子比表明含水层中HCO_3~-、Na~+和K~+主要来自钾长石、钠长石等硅酸盐类矿物的溶解,Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受自碳酸盐以及硫酸类矿物的控制。     

兖州矿区下组煤主要充水含水层水质特征

通过研究矿区主要充水含水层地下水水化学成分及其特征,掌握矿区各含水层地下水水质成分背景资料,可以用来查明矿区各含水层的补给、径流、排泄,分析矿井突水水源,针对性采取探、放、堵、截、排等措施.     

潘三矿区地下水化学特征及成因分析

为了研究潘三矿区地下水水化学特征及其成因、快速准确判断巷道突水水源和提前做好防治水工作,对研究区内地下水水样进行取样分析。综合利用常规数理统计、Piper三线图、相关性分析、TDS与各离子变化曲线图、Gibbs图和离子比例系数图来分析地下水水化学的空间分布规律和形成原因。结果表明:各含水层中水质呈弱碱性、TDS值普遍较高,离子变异系数均小于1,且分布比较稳定;井田内阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,其次是SO_4~(2-),HCO_3~-;区内新生界下含和灰岩含水层中的水化学类型分别为Cl-Na型和Cl-Na型、SO_4·HCO_3·Cl-Ca·Na型,煤系砂岩含水层的水质类型为HCO_3·Cl-K+Na型、Cl-Na型和Cl·SO_4-Na型;最后得出地下水化学成分的形成过程中以蒸发岩溶解作用为主、其次为碳酸盐溶解。     

基于水化学特征的聚类分析对矿井突水源判别

为了能够准确并快速地判别煤矿突水水源位置,基于水化学特征的模糊聚类分析,对突水水源进行综合评判。首先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软件绘制出三角形水质图,对比分析可排除最不可能的充水含水层;在此基础上再利用模糊数学聚类分析方法,将剩下的不确定充水含水层建立评判集合进行聚类分析,计算隶属度,通过对计算结果的分析,最终判定突水水源。分析结果表明,采用这2种方法判别突水水源,方法简单易操作,节省时间,可以避免由于水文地质条件的复杂性和模糊聚类分析的模糊性而造成的原因不唯一或结果失真,从而大幅提高判别结果的正确性。     

基于GIS的煤层顶板突(涌)水危险性分析

顾桥矿13-1煤层主要受二叠系煤系砂岩裂隙水威胁,由于矿区含水层富水性不均一,煤层开采时上覆充水含水层极易被导通。针对13-1煤层的突水问题,运用"三图法"分析了煤层顶板发生突水的相对危险性。根据矿区现有资料,选取渗透系数、单位涌水量、含水层厚度、脆性岩厚度、塑性岩厚度以及脆塑性岩厚度比6个指标作为评价含水层富水性的主控因素。运用层次分析法及GIS的空间分析功能获得三图,将结果与开采部分的突水数据相比较,符合实际情况。     

多源矿井水质量分区与“分质”利用研究

矿井水“分质”利用是解决矿区水资源短缺、保护矿区生态、防治水污染的重要途径。为实现矿井水综合利用,通过改进层次—可变模糊集模型对敏东一矿多源矿井水进行质量分区,并提出相应的“分质”利用思路。研究结果表明,敏东一矿充水水源水样中Ⅰ、Ⅱ含水层水质较好,第四系含水层和Ⅲ含水层中存在COD和Fe、Mn、Zn超标,由于采煤活动和人为活动的影响,使采煤过程、水仓和排水沟水样中多数指标超标且变动较大;利用模型得到间接充水水源中第四系含水层水质为Ⅱ级,Ⅰ、Ⅱ含水层为Ⅰ级,直接充水水源为Ⅱ级,采煤过程中采空区和巷道为Ⅲ级,工作面为Ⅳ级,水仓和排水沟均为Ⅳ级。质量分区中,Ⅰ类区水质较好,可简单消毒后利用;Ⅱ类区个别指标超标,需针对性处理利用;Ⅲ类区受采煤活动影响较小,较多指标超标,需针对性或深度处理利用;Ⅳ类区受采煤活动影响较强,多指标超标且变动较大,需深度处理利用。     

基于多方法耦合的矿井突水水源识别模型研究

为快速准确地判别矿井突水水源,减少矿井突水事故带来的危害,以保德矿为例,选取Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO2-4、Cl-、HCO-3共6种水化学指标作为判别指标,通过分析各含水层水化学特征,确定了各含水层代表水样,以此为基础建立了耦合主成分分析-离群值检验-回归填补法-贝叶斯判别法的矿井突水水源判别模型,并将模型判别结果与PCA-Bayes模型判别结果做出对比。结果表明：保德矿采空区、二叠系砂岩含水层、石炭系砂岩含水层、奥灰含水层的水质类型分别为HCO3-Ca·Na·Mg型、HCO3-Na型、HCO3-Na型和HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型|保德矿水样主成分为Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO2-4,可作为综合指标反映保德矿原始水样数据信息|待测水样中的异常值,可通过离群值检验和线性回归模型确定并校正|对比数据校正前后Bayes模型判别结果,校正后准确率为95%,判别准确度明显提升,可准确高效的识别突水水源。     

Hydrogeochemical Processes and Inverse Modeling for a Multilayer Aquifer System in the Yuaner Coal Mine,Huaibei Coalfield,China

Coal mining can dramatically change hydrogeological conditions and induce serious environmental problems. Fifty groundwater samples were collected from the main aquifers in the Yuaner coal mine (Anhui Province, China). The results show that the main hydrogeochemical processes in the mine include dissolution, precipitation, pyrite oxidation, desulfurization, and cation exchange. The Neogene porous aquifer is affected by groundwater flow conditions; its main hydrogeochemical processes are dissolution of carbonate minerals and gypsum, and cation exchange. The Permian coal measure’s fractured sandstone aquifer was confirmed to be controlled by the region’s geological structure; its main hydrogeochemical processes are desulfurization and cation exchange. The Carboniferous Taiyuan limestone aquifer was determined by both groundwater flow conditions and regional geological structure; its main hydrogeochemical processes are dissolution of carbonate minerals and gypsum, pyrite oxidation, and cation exchange. Additionally, hydrogeochemical inverse modeling of the groundwater flow path confirm the hydrochemistry results and principal component analysis.

     

矿井涌(突)水源混合水识别模型研究

根据不同含水层在水化学特征上的差异，提出基于水化学原理判别矿井涌(突)水水源的混合水判识模型。以开滦荆各庄矿为例，通过绘制Piper三线图判断待识别水样来源，运用PHREEQC软件建立矿井水源混合模型，并以6大常规离子和pH值为识别因子，提出了根据欧氏距离计算结果判断矿井混合水突水水源的模型。结果表明，通过Piper三线图与欧氏距离结合的模型判别，涌水水源的水80%来自K6—12煤砂岩裂隙含水层(Ⅲ)，20%来自9煤—7煤砂岩裂隙含水层(Ⅳ)，经与实际化验结果对比，该结果符合实际。     

Groundwater Source Discrimination and Proportion Determination of Mine Inflow Using Ion Analyses: A Case Study from the Longmen Coal Mine,Henan Province,China

Complex hydrogeological conditions in China’s coal mines have contributed to frequent mine water disasters. A simple and effective method to determine water inflow sources and paths is therefore essential. The Longmen Mine, located in Henan Province, in central China was used as a case study. A Piper diagram and cluster analysis were used to screen the characteristic values of 18 water samples from potential aquifers. A comprehensive fuzzy evaluation of the groundwater ions was carried out to determine the main source of the total mine inflow. Then, based on conservation of ionic masses, a matrix function was established to calculate the groundwater recharge composition. Finally, using measured water inflows for the Cambrian limestone aquifer, the calculated and observed results were compared. The results showed that the Carboniferous Taiyuan Formation limestone aquifer (the L₇ limestone aquifer) accounts for 60.8% of the total mine inflow, while the Cambrian limestone and roof sandstone aquifers account for 34.8 and 4.4% of the inflow, respectively. The normal mine inflow totals about 19,200 m³/day, of which 6,840 m³/day is from the Cambrian limestone aquifer. This agrees well with the calculated value of 6,720 m³/day. Thus, the method is feasible and reliable.     

基于Piper-PCA-Fisher模型的矿井突水水源识别

矿井水害的发生时刻威胁着煤炭的安全生产,同时也造成了严重的经济损失。为了迅速和准确地识别突水水源,选用Piper三线图对采自矿区突水含水层的41个水样进行筛选,得到32个典型水样作为训练样本,采用主成分分析法提炼出3个主成分作为判别指标,建立了水源判别模型;采用留一交叉验证法对模型的预判分类稳定性进行评价,模型对样本总体分类的准确率达到81.3%。并对焦作矿区11个未知水样进行水源判别,错误1个。并将预测结果与Fisher模型进行对比。结果表明,基于Piper-PCA-Fisher的判别模型能有效提高判别精度,为矿井安全生产提供保障,为矿井开展防治水工作及地下水资源合理开发利用提供理论依据。     

水化学综合识别模式在矿井水源判别中的应用

 随着煤炭资源开采逐步向下延伸,面临的矿井充水条件逐渐复杂。下组煤开采面临的突水水源有上部老空水、第四系松散层水、地表水、顶板砂岩裂隙水和深部奥灰水;在复杂构造条件的影响下,井下涌水出现异常,但目标充水水源水位监测数据未发生明显变化,此时准确判别井下涌水的主要充水水源对矿井防治水至关重要。通过应用实例的分析,证明以常规水化学聚类分析和环境同位素分析构成的水化学综合识别模式对复杂条件下矿井充水水源的判别成效明显,为预防矿井突水事故、保障安全生产提供重要依据。     

基于水力学与水化学耦合的矿井涌(突)水水源识别方法研究

解决当前水源识别仅考虑矿井水化学特性及水位观测等少量因素，缺乏矿井突水力学支撑相关问题，以林西煤矿1021中回采工作面为例，提出了一种基于水力学与水化学耦合的矿井涌(突)水水源识别方法。该方法首先根据封闭不良钻孔、断层、老空区、底板等矿井突水力学模型，求解涌(突)水点不同水源或通道突水的临界防隔水煤岩柱厚度Lv|其次对比Lv和实际隔水煤岩柱厚度Le之间定量关系，判定不同水源突水的先验概率|然后以先验概率为纽带，利用贝叶斯判别分析，建立基于水力学与水化学耦合的矿井突水水源识别模型|最后利用该模型对1021中回采工作面涌水点水源进行验证识别。研究结果表明：由于第Ⅲ含水层、第Ⅳ含水层水化学特征相似，建立单一的水化学识别模型，会将涌(突)水点水源误判为第Ⅲ含水层水。而基于水力学与水化学耦合的水源识别模型可精确识别出该涌(突)水点水源属于第Ⅳ含水层水，判识结果与工程实际情况一致，有效提高了矿井涌(突)水水源识别精度。     

柠条塔矿区南翼S1210工作面涌水机制分析

柠条塔煤矿作为陕北矿区中开采侏罗系延安组煤层的矿井,涌水量一般不大,但2011年5月30日发生了涌水事故,查明涌水事故原因至关重要。通过地下水位观测、水文地质钻探等手段,进行了地面水文地质条件探查,总结了地表水系水位变化情况及地下水水位动态特征;结合现场放水试验、地下水连通试验,详细分析含隔水层特性,即含水层厚度、裂隙发育、富水性及变化规律。最终确定了涌水水源是工作面上覆侏罗系中统直罗组风化基岩裂隙承压水,涌水通道为西北部连续分布粗—中粒砂岩。     

侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层大流量大降深放水试验

为了在抽水试验的基础上进一步查明侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,开展了井下放水试验,单孔放水量平均值为237.91 m^3/h,多孔放水量平均值为444.10 m^3/h,宝塔山砂岩含水层地下水位下降最大值达310 m。通过大流量大降深放水试验,计算出含水层的渗透系数和单位涌水量,确定宝塔山砂岩含水层与白垩系、煤系间、三叠系含水层存在水力联系,探查了放水试验的影响范围及观测孔水位降深规律,论证了宝塔山砂岩含水层具有可疏性。基于宝塔山砂岩含水层水文地质特征,提出了下组煤开采底板砂岩水害防治方案。研究结果表明:井下大流量大降深放水试验可以最大程度激发含水层地下水位降深,有效弥补地面抽水试验的不足,在各含水层水力联系、疏放水影响范围和含水层可疏性评价方面得到的研究成果,可以作为矿井底板砂岩水害防治的依据。