地下水化学特征在岱河矿涌水水源判别中的应用

岱河矿区地下水系统包含三个主要子系统:第四系全新统孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层组及煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层组。通过对矿区三个子系统地下水化学特征分析,确定各子系统涌出水来源判别依据的水溶组分并建立各子系统所特有的水质模型,进而提出矿井涌水水源判别模式。实际应用表明,该判别模式具有快速准确的特点,可以为了解矿井涌水来源,预测矿井涌水量,防治矿井突水提供理论依据。     

蔚县矿区地下水水化学特征及岩溶水演变规律

蔚县矿区地处蔚县七里河泉岩溶水系统的中北部,主采煤层为中侏罗统下花园组1#、5#煤,煤炭资源的开采已破坏了矿区第四系砂砾石孔隙水、煤系砂砾岩裂隙水及下奥陶统灰岩岩溶裂隙水的赋存条件。本文重点对地下水水化学开展研究,分析地下水中的主要离子含量和水化学特征,初步探讨了20世纪80年代以来岩溶地下水化学组分的演变规律。研究结果表明:矿区第四系砂砾石孔隙水主要阴离子为HCO_3~-,含量相对较为稳定,阳离子变化幅度均较大;煤系砂砾岩裂隙水中主要离子为K~++Na~+与HCO_3~-,含量相对较为稳定;下奥陶统灰岩岩溶裂隙水中主要离子为K~++Na~+与HCO_3~-,K~++Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl-、HCO_3~-变异系数相对较小,表明它们在岩溶水中的含量相对较为稳定。通过相关分析,下奥陶统灰岩岩溶裂隙水K~++Na~+与TDS成负相关,Ca~(2+)、Mg~(2+)与TDS成正相关,且相关系数高。第四系孔隙水化学组分与下奥陶统灰岩岩溶裂隙水岩溶水相差较大,且局部受到污染;裂隙水化学组分与岩溶水相差较小。矿区岩溶水现阶段与1984年相比,水化学类型趋于多样化,TDS整体有所升高,水质变差。     

姚桥矿地下水化学特征及在矿井水源判别中的意义

姚桥矿地下水系统包含四个子系统：新生界孔隙含水层组，煤系砂岩裂隙含水层组，太原群石灰岩溶隙含水层组及奥陶系灰岩岩溶含水层组。通过对这四个子系统水文地球化学特征的系统研究，提出了各子系统所特有的水质模型，并确定出能作为矿井水源判别依据的水溶组分，为矿井防治水提供水化学特征依据。     

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

矿区深部含水层水-岩作用的同位素与水化学示踪分析

为了有效揭示华北隐伏型煤矿区煤炭开采进程中深部含水层水-岩作用机制,本文以淮北煤田宿县-临涣矿区为研究示范,收集与采集1985～2011年期间矿区松散层第四含水层、煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层深部地下水样166个,分析与测试87Sr/86Sr、34S、13C同位素以及Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-、SO2-4、CO2-3等常规组分,并开展基于同位素与水化学的水-岩作用示踪与分析。研究成果表明:在矿区主要充水含水层中,煤系砂岩裂隙含水层脱硫酸与阳离子交替吸附作用最为显著,而松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层黄铁矿氧化或地下水硬化最为显著;受煤炭开采影响,煤系砂岩裂隙含水层、奥陶系岩溶含水层主要水-岩作用逐渐减弱,松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层主要水-岩作用或增强、或减弱,增强或减弱的程度取决于井田基岩面标高、主要断层的展布形态与隔水性能以及煤层开采扰动范围等。     

利用氚含量研究皖北矿区深层地下水循环特征

皖北矿区位于淮北平原的北部,面积30000km^2。境内有皖北煤电集团和淮北矿业集团两个国家级特大型企业,是华东地区重要的煤炭基地。矿区随着开采逐渐向深部(-800～-1000m)延伸,矿井重、特大型突水事故频繁发生。矿区内主要水源有四种：新生界底部第四系含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原群灰岩含水层和奥陶系灰岩含     

太原东山地下水的三种混合模式

文章利用水文地球化学和同位素水文学的原理和方法,识别出太原东山地下水的三种不同混合模式。在杨兴、大方山岩溶洼地,受污染的浅层第四系地下水向深部灰岩含水层的入渗混合。在东山煤矿,因矿坑突水引起灰岩地下水的侧向补给和径流,使原滞流区的灰岩地下水受到不断混合和淡化。在谷旦附近,煤系地层和灰岩地下水沿隐伏断裂带朝上向第四系含水层排泄,形成三种水的混合。     

双柳煤矿充水含水层水化学特征及涌水水源识别技术

运用灰色关联度理论,对双柳煤矿主采煤层主要充水水源水化学一般特征进行分析,确定各含水层的特征离子。采用piper三线图、离子含量柱状图,分析研究煤系地层砂岩水、太灰水、奥灰峰峰组、奥灰上马家沟组含水层的水化学特征,并利用piper三线图对本区各含水层水质类型进行初步分区,为矿井技术人员快速准确判别涌水水源类型提供了有效方法和依据。     

丰予井田地下水化学特征分析及意义

了解地下水化学特征及其形成作用对于快速识别矿井突水水源、防止矿井突水具有重要意义。在系统分析丰予井田水文地质条件的基础上,运用各常规离子与TDS（溶解性固体总量）的二次拟合曲线、Piper三线图、离子浓度变异系数、地下水Stiff图、TDS等值线图、Gibbs图以及离子比例系数图对各含水层的地下水水化学特征及形成作用进行分析。研究结果表明:各含水层的离子浓度变异系数均小于1,离子的分布比较稳定;山西组和太原组的水化学类型均为HCO₃·Cl-Na+K·Ca,且Na++K+与TDS浓度均较大,山西组和太原组是相对封闭的含水层,新生界和奥陶系的水化学类型为HCO₃-Ca·Mg;水岩作用是影响各含水层化学成分的主要作用,碳酸盐岩溶解、硅铝酸盐溶解以及蒸发岩溶解是影响地下水化学成分的主要因素。      

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%。     

钱营孜煤矿深部地下水水化学特征及来源解析

我国浅部煤炭资源已逐渐枯竭,在煤炭进入深部开采的条件下,来自煤层底板高承压灰岩水的威胁也越来越大,深入理解矿区含水层中水化学组成控制机制是针对性地开展水害防治工作的重要科学前提。为了查明安徽钱营孜煤矿深部地下水中常规离子的定性与定量来源,通过多种数理统计方法(包括相关性分析和R型聚类分析)、离子比值法和Unmix模型对22个灰岩水中常规离子浓度进行了分析。结果表明,地下水呈中至弱碱性,溶解性总固体(TDS)变化范围为1 945~5 292 mg/L,阳离子平均质量浓度由大到小排序为:Na+ (718 mg/L)、Ca2+ (270 mg/L)、Mg2+ (153 mg/L),阴离子平均质量浓度由大到小排序为:SO₄ 2? (2 305 mg/L)、HCO₃ ? (239 mg/L)、Cl? (186 mg/L),95%样品的水化学类型为SO₄-Na型。相关性分析、聚类分析和离子比值分析表明,含水层中水化学组成控制因素主要为硫酸盐和碳酸盐矿物的溶解(源1)以及盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化(源2)。Unmix模型显示源1和源2对地下水中常规离子浓度的平均贡献率分别为56%和44%,其中,源1对Ca2+、Mg2+、Na+和SO₄ 2?浓度贡献率依次为73%、68%、63%和73%,源2对Cl?和HCO₃ ?浓度的贡献率分别为75%和66%。研究成果可为相似条件煤矿突水水源的精准识别提供理论支持。      

注浆工程扰动下煤系砂岩含水层水岩作用机理——以桃园煤矿为例

煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一,以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象,在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上,阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明:注浆治理期间,煤系水中主要阳离子为Na+,主要阴离子为SO₄2-;阳离子质量浓度由大到小为Na+、Ca2+、Mg2+,阴离子质量浓度由大到小为SO₄2-、HCO₃-、Cl-;通过Durov水化学图分析,注浆治理期间煤系水化学类型以Na-SO₄和Na-HCO₃为主;煤系水中存在黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用,并伴随着一定程度的阳离子交换作用与脱硫酸作用,特别是在注浆治理工程实施期间,阳离子交换作用增强;大型突水、注浆治理防治水工程、地质构造背景及采矿活动等均不同程度地影响了煤系水水岩作用,且随注浆治理范围增大,影响程度增大。该研究成果对于煤矿涌（突）水水源识别及水害防治具有重要意义,为类似条件下的其他煤矿（区）在突水或注浆治理扰动下的地下水水文地球化学研究及应用提供参考。      

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     

煤层气井产出水化学特征及水化学场动态演化规律

为查明煤层气井产出水的化学特征及水化学场动态演化规律,对沁水盆地南部多口煤层气井产出水进行连续长期的水化学场检测,通过对比3号和15号煤层产出水离子浓度的变化以及各离子之间、同位素的相关关系,发现3号和15号煤层产出水阳离子主要为Na++K+,阴离子以HCO-3和Cl-为主,水化学类型均多为HCO3·Cl—Na型。p H范围为7.5～8.6。溶解性总固体最小为1 149.6 mg/L,最大达到3 617.4 mg/L。3号煤层产出水δD平均为-80.7‰,δ~(18)O平均为-10.4‰,15号煤层气井产出水中δD值平均为-83.6‰,而δ~(18)O值平均为-11.2‰。由δD和δ~(18)O之间的关系可以判断出两个煤层均受大气降水补给。且随着埋深的变浅,δD和δ~(18)O值显示出递增的趋势。由煤层水和临近含水层水的离子成分以及δD与δ~(18)O值对比,可以推测煤层的补给水源。通过产气量与产水量分析,得出溶解性总固体与产气量有明显的正相关关系,这对于产能预测有重要意义。     

煤矿水文地质勘探中水文地球化学判别标准的构建

针对煤矿水文地质勘探过程中存在的水文地球化学异常问题,以蒙陕矿区侏罗系含水层为研究对象,开展了水化学异常原因分析和判别标准构建,结果表明:勘探过程中以"水清沙净"为判别洗井完成的依据不充分,水泥浆残留是造成pH升高、矿化度降低等水化学异常的主要因素,因此结合蒙陕矿区深埋型煤田水文补堪和工作面探放水等工作成果,建立了由pH、矿化度（TDS）、HCO₃-、SO₄2-等水质指标组成的"五要素"判别标准,对巴拉素井田水文补堪过程中采集的36组水样进行判别,可以迅速判断出存在水化学异常的8组水样。剔除水化学特征异常的水样点后,可以很清晰地建立巴拉素井田各含水层的水化学特征,第四系水化学特征与地表水比较接近,表现为低矿化度、弱碱性、重碳酸钙型水;白垩系洛河组含水层与第四系水力联系密切,但埋深有所增加,导致一定量Na+离子溶入,水化学特征演化为重碳酸钙钠型;安定组为区域性较稳定隔水层,导致直罗组和延安组含水层以侧向补给为主,地下水循环交替时间较长,形成了深部滞留特征的高矿化度（>2 500 mg/L）硫酸钠型地下水。      

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。     

孔集井田地下水化学特征

本文在大量水化学资料的基础上，对淮南矿区孔集井田的水化学特征、类型及水中各离子含量间的关系等进行了分析与研究，采用水化学三线图的方法来揭示不同的水源主要离子组份所占的相应位置，提出了孔集井田岩溶、裂隙、孔隙、老塘及煤系顶板砂岩水的水质特征及差异，同时对同一岩溶含水层划分出不同的水文地质区段。     

矿井充水水源识别的EW-UCA模型及应用

迅速准确地识别矿井充水水源是防治矿井水害事故的重要保证。对未确知聚类方法进行优化,综合考虑水化学指标对水源识别的重要性,选取Na++K+、Mg2+、Ca2+、HCO-3、Cl-、SO2-4、TH等7项水化学指标作为水源识别的判别指标,以新庄孜煤矿22组水样数据作为训练样本,建立了矿井充水水源识别的EW-UCA模型。随后利用该模型对5组测试样本水样进行识别检验并与实际情况作了对比分析。为进一步检验识别模型的可靠度,利用该模型对谢一矿充水水源进行了识别研究。结果表明,EW-UCA水源识别模型具有较高的精确度和较强的适用性,可以在工程实际中推广应用。     

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。      

纳林河二号煤矿涌水水源判别的PCA-Logistic方法

纳林河二号煤矿作为纳林河矿区的第一对大型矿井,生产初期由于其自身复杂的水文地质条件和采掘的强扰动,导致涌水事件时有发生,给矿井的安全生产造成严重威胁,快速有效地找到涌水水源是防治矿井水害的关键。通过对纳林河二号煤矿主要含水层及采空区水样进行水质分析并绘制Piper三线图,揭示矿区各含水层地下水及采空区水的水化学特征,统计Ca2+、Mg2+、Na++K+、HCO₃-、Cl-、SO₄2-、pH和矿化度8个指标作为水源判别的原始数据,经主成分分析法（PCA）处理得到4个主成分F₁、F₂、F₃和F₄;将4个主成分的值作为Logistic回归模型的判别指标,建立纳林河矿区涌水水源判别模型;以36组标准水样作为训练样本,发现模型回代准确率为97.22%,再利用建立的模型对4组待判水样进行判别,结果与实际分析相符。研究结果表明:主成分分析和无序多分类Logistic回归方法相结合的涌水水源判别模型能够有效消除样本原始数据间的冗余信息,使涌水水源判别结果更加快速准确,可为矿井防治水工作提供决策和依据。移动阅读