基于系统聚类分析的煤矿突水水源识别技术——以潞安矿区王庄煤矿为例

煤矿防治水的根本是突水水源识别,而华北煤田含水层的叠置的关系及上下导水通道使传统的矿井突水水源判别方法存在准确率较低的问题。以潞安矿区王庄煤矿为例,该区域主要的含水层为奥陶系岩溶裂隙含水层、上石炭统太原组灰岩含水层、二叠系砂岩孔隙裂隙含水层与第四系孔隙含水层,各含水层的化学特征、富水性与渗透性具有明显差异。采集矿井各含水层水样共34件,分析其化学特征,首先运用系统聚类分析法对各水源样本进行筛选及异常值剔除,然后利用Piper三线图对水样进行分类。根据分类结果,推测该矿井突水水源为砂岩裂隙水,另外依据Piper三线图可判别砂岩水和峰峰组奥灰水,准确率右达67. 7%。     

临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型

利用示踪不同含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突水预兆期内的水文地球化学信息,建立判别模型分析煤矿重大突水水源,具有重要的理论与实践意义。本课题利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井的长观孔、矿井出水点从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试了24种微量元素含量。通过分析4类主要突水含水层微量元素含量与聚类规律,得到了Be、Zn、Ga、Sr、U、Zr、Cs、Ba8种主要突水含水层的标型微量元素,建立了以标型微量元素作为解释变量的突水水源Bayes线性判别模型。以24个水样为训练样本,得到模型判别正确率达到了80%,并分析了区域水循环与水文地球化学演化对判别模型效果具有一定程度的控制作用。     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

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。     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

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。      

采动影响下矿井突水水源Fisher判别与地下水补给关系反演

为了揭示采动影响下矿井突水水源误判原因,进而推测地下水补给关系,收集了朱仙庄煤矿历年水化学资料,建立了突水水源的Fisher判别模型,并根据水样误判结果以及矿井地质与水文地质条件,反演分析了地下水补给关系.研究结果表明朱仙庄煤矿煤系砂岩裂隙含水层全部水样回判正确,含水层较为封闭,与其他含水层无水力联系;新生界第四含水层、侏罗系砾岩含水层与石炭系或奥陶系灰岩含水层部分水样误判,矿井采动影响下不同时期含水层间的地下水存在不同程度的水力联系,矿井新生界第四含水层水源对侏罗系砾岩含水层存在补给,石炭系或奥陶系灰岩水则通过矿井南部露水补给新生界第四含水层.地下水动力条件的变化验证了地下水补给关系.建立突水水源判别模型,分析回代误判原因,反演地下水补给关系,为正确认识矿井采动影响下地下水循环条件提出了新的研究手段.     

封闭不良天然气孔突水过程的水文地球化学特征

为了查清封闭不良天然气孔突水过程中充水水源的变化规律,开展了气孔出水水文地球化学特征研究。结果表明:“大53”天然气孔突水过程中TDS浓度逐渐降低,初期为SO₄·Cl—Na型水,位于Piper三线图右端部,来自直罗组;中期TDS浓度降至500多mg/L,属于HCO₃·SO₄·Cl—Na型水,位于Piper三线图右端偏下,来自白垩系;期间煤层底部涌出高TDS的SO₄·Cl—Na型水,该水样点位于三线图右端偏上。气孔处理过程中,水样中γ（Ca）/γ（Na）系数均远大于其他水样,且HCO₃- 未检出,为煤层顶板直罗组水化学特征,表明阻隔了2-1煤层与白垩系含水层和2煤—6煤含水层的水力联系。取距离阈值20,分层聚类分析可以将水样分为白垩系水和侏罗系水,距离阈值5又可将侏罗系含水层水细分为直罗组2段、直罗组1段和2煤—6煤含水层水,实现了对气孔突水过程中充水水源变化规律的准确判别。      

基于主成分分析的矿井突水水源Bayes判别模型

矿井突水严重威胁矿区安全生产,快速准确地判别突水水源,对有效防治矿井突水灾害有重大意义。根据鹤壁矿区6个主要含水层水化学成分的差异性,选取了Ca2+、Mg2+、Na++K+、CO2-3、HCO-3、Cl-、SO2-47个指标作为突水水源判别的评价因子,并选用鹤壁矿区294个水样作为学习样本,以Matlab为平台,先采用主成分分析法提炼出三个主成分Z1、Z2和Z3。然后把这3种主成分的值作为贝叶斯判别指标,建立了鹤壁矿区突水水源判别模型。利用该模型对鹤壁矿区随机选取22个突水水样进行水源判别,判别正确19个,错误3个,精度达到86%。判别错误的原因,主要是因为有的含水层水化学类型相似或者几个含水层之间存在一定的水力联系。研究结果表明,基于主成分分析的矿井突水水源Bayes判别模型能够满足矿井生产要求,可为防治水工作提供决策依据。     

基于GIS的矿井突水水源判别系统研究

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,进行矿井突水水源快速判别。基于GIS强大的数据处理功能,利用GIS可视化技术将判别结果直观地显示出来。该系统不但实现了突水水源的点查询,还实现了突水空间分区。通过实际应用,证明该系统简便易行,结果可靠。它可高效准确地完成未知突水水样的水源判别,为煤矿安全生产提供决策依据。      

淮北煤田矿井充水因素与防治水措施研究

淮北矿区矿井突水的主要充水水源是老窑积水、新生界松散层底部含水层（组）水、煤层顶、底板砂岩裂隙水、太原组与奥陶系灰岩水。矿井众多重大突水事故表明，加强太原组、奥陶系石灰岩含水层和断层破碎带的探测与疏放工作，是降低煤矿突水风险的必要条件。     

煤矿底板突水分析及底板水防治

本文以桃园煤矿为例 ,在分析含水层系统基础上 ,对 10煤层底板突水水源、突水机制、突水特征及含水层水位动态变化进行分析 ,并对底板突水防治提出了一些措施与方案     

老公营子煤矿煤层顶板突水机理

为探查内蒙古平庄煤业(集团)有限责任公司老公营子煤矿Ⅰ03(2)工作面突水机理,从工作面涌(突)水量、含水层地下水位、突水点水质3个参数的动态变化判别了突水水源,认为第四系含水层水的参与使矿井涌水量变大而引发突水;从导水裂缝带发育高度、有效隔水层性质、基岩风化带厚度3方面分析了导水通道的形成过程,认为由导水裂缝带、顶板含水层水压作用下的渗流通道和基岩风化带组成的复合导水通道是突水发生的原因。揭示了煤层顶板突水是在特定地质、采矿条件下发生的一个动态变化过程,导水裂缝带是否波及主要充水含水层并非突水是否发生的唯一判据。      

淮北矿区刘桥一矿含水层水化学特征研究

为了研究刘桥一矿含水层水化学特征,在分析矿区水文地质条件的基础上,对各个含水层投产前后水质动态变化进行详细研究,并将各含水层中的矿化度、总硬度以及阴阳离子所占的比例进行对比。结果表明,随着出水时间的增加,出水点水样中Na++K+和SO42-平均含量在逐渐减少,Mg2+有所增加,Ca2+和HCO3-变化不大;总硬度和总矿化度表现出不同程度的降低。最后,从突水点水样分析结果和附近的太灰、八含长观孔的水位变化情况,推测出太灰水和八含水联系紧密,也是6煤层底板的主要突水水源。     

陷落柱渗流突水机理及强度主控因素模拟

为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素,采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画,选取不同参数、不同边界等变量,分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明:定压、定流量条件下,含水层渗透率增大会引起含水层和陷落柱交界处区域流速增大,但定流量条件下增幅较小,且会降低巷道突水流速;陷落柱渗透率的增大对突水压力和突水流速作用显著,定压条件下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速骤增;含水层压力增高,陷落柱区域和巷道区域流速明显增大;在定流量边界下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速仅发生微小波动;将研究结论与现有相关成果进行了对比验证分析,获得了与本文较一致的研究规律。总体分析,陷落柱影响区域巷道突水机理是含水层水压高、足量补水、陷落柱破碎区域渗透率较大且联通了含水层和巷道;其中,含水层压力、陷落柱渗透率是陷落柱渗流突水强度的主控因素。      

潘一矿主要突水含水层水化学特征分析

<正>潘一矿区位于华北平原安徽省淮南市潘谢矿区,突水含水层较多,有灰岩水、砂岩水、煤系水以及四含水,其中主要为灰岩水、砂岩水。矿井突水是煤矿地区五大灾害之一(桂和荣,2005),判断突水含水层受到广泛的关注。利用水化学特征离子判别来判断主要突水含水层取得丰硕的成果,如阿克苏地区地下水化学特征及其形成原因分析运用TDS和各离子的相关性分     

淮北青东煤矿深层地热水的水文地球化学特征与水源识别

深层地热水是矿井地质灾害的警示因素,探究其水文地球化学特征及来源,对矿井水害和热害防治具有现实意义。本文以淮北煤田青东煤矿深层地热水为研究对象,采集同水平(-585 m)的13个地热水样和11个非地热水样,对比分析两类水体离子特征差异,探讨地热水水化学成分形成作用及控制因素,同时收集矿井各突水含水层水样共31个,基于Fisher突水识别模型对地热水水源展开识别,结合地下水循环及构造条件,分析地热水成因。结果表明,地热水的TDS、Ca2+、Cl-指标高于非地热水,水化学类型以SO₄ ·Cl-Ca ·Mg为主,呈弱碱性;两类水水化学差异是不同地下水化学成分的综合反映,地热水的水化学成分主要受水岩作用和离子交替作用共同控制,其中水岩作用以硅酸盐溶解、含煤地层黄铁矿氧化、蒸发盐溶解最为显著,地热水的水岩作用和离子交替作用程度相比非地热水强;地热水由深部奥灰水补给,经断裂导水通道至太原组石灰岩含水层混合而成,且奥陶系石灰岩含水层水混合比例高。研究结果对矿井防治水工作提供了指导。     

谦比希铜矿西矿体700中段运输巷掘进掌子面涌(突)水的来源判别

涌(突)水是采矿矿山最具威胁的灾害之一，在谦比希铜矿西矿体施工700中段运输巷过程中掘进掌子面发现涌(突)水预兆，需要快速准确判别涌(突)水来源，评估水害的危险性，减少人员伤亡和财产损失。应用水文地球化学理论，收集已有主要含水层的水化学资料，采集涌(突)水进行水质简分析，绘制Piper图并利用Ca²⁺、SO■、HCO^-₃以及TDS这4项指标进行聚类分析。结果表明：主要含水层之间没有明显水力联系。涌(突)水来自“砂层”含水层段(Ⅱ段)。通过后期打探水孔验证，判别结果与实际情况相符，说明联合使用Piper图和聚类分析，可以快速准确判别涌(突)水来源。     

多层含水层结构矿井突水灾害的水力学概念模型研究：以焦作煤…

本文利用矿井突水水力学概念模型与实际水文地质模型的相似性，用水力学概念模型分析了具多层含水层结构矿井的突水过程，阐明了矿井突水量变化的内有原因，并通过进一步分析得出很有实际意义的结论。     

淮北袁店煤矿101、102采区煤层底板突水危险性综合评价

为有效控制煤层底板带压开采突水发生,同时解决突水系数法评价底板突水的局限性,引入灰色模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性。以袁店煤矿101、102采区为例,通过对10煤层水文地质条件、底板充水水源和充水通道深入分析,提取评价煤层底板突水危险性关键指标,综合考虑岩溶裂隙发育、地质构造、隔水层厚度、裂隙含水层富水性、灰岩含水层厚度5个突水主控因素,并进行底板突水危险性分区。结果表明：101采区底板突水危险性较小,102采区危险性较大。建议对102采区局部富水地段进行注浆加固,以达到防治突水的目的。     

巷道侧向“管涌式”特大型突水分析

为了弄清金鼎煤矿皮带大巷施工过程中发生的最大涌水量达8 000 m~3/h的特大型突水的原因,研究了巷道所处层位的岩性、含水层、突水过程、水质类型、水位以及瞬变电磁勘探、注浆钻孔、压水试验、堵水成果等资料。结果表明:本次突水水源来自寒武系灰岩承压含水层,通道为软弱破碎风化带岩层塑性滑动与"管涌"后所形成的"管涌式"通道,6.5 MPa水压为突水提供了动力;本次巷道底板突水,系寒武系灰岩含水层高压水从侧向推动风化带软弱破碎岩层塑性滑动和"管涌"所形成的"管涌式"突水。     

榆神矿区南部中小煤矿突水危险性研究

论述了榆神矿区部分中小煤矿突水实例,分析了矿井突水的地质、水文地质条件,认为,榆神矿区萨拉乌苏组含水层厚度大,富水性强,煤层埋藏浅,煤层开采后产生的冒落带、裂隙带发育到萨拉乌苏组含水层底部,从而引起突水灾害。本文提出了矿井突水预测的思路和方法,认为应该加强矿井水文地质条件研究,开展水文地质补充勘探,查明水文地质条件,做好防治水工作,减少矿井涌水量,保护萨拉乌苏组含水层结构完整性。