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%。     

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。     

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     

河南新密煤田二1煤层充水特征分析

新密煤田在开采二1煤层时,矿井涌水量从每小时数立方米到上千立方米,差别极大,个别矿井因水量太大多年达不到设计开采能力。在研究矿区水文地质条件的基础上,分析了煤层的充水特征,认为煤层的顶板直接充水含水层是二叠系下统下石盒子组底部的砂岩裂隙水,底板直接充水含水层是石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层,奥陶系岩溶裂隙含水层是煤层底板间接充水含水层;通常情况下顶板水不会对采煤构成威胁,灾害性突水主要来源于煤层底板;石炭系灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层水力联系较密切,通常矿井大的涌水都有奥陶系灰岩水参与;大隗断层使得区内寒武系中上统灰岩直接与二叠系石千峰组砂、页岩接触,隔断了南北两侧的水力联系,并将矿区分割为两个水文地质亚区;矿井在开采深度在+50m标高以上时,充水水源主要来源于煤层顶板,底板无水,在开采深度在+50m以下时,矿井涌水量相对较大,随着开采深度的增加,矿井涌水量有逐渐减小的趋势。该研究对确定矿井充水因素,进行突水预防具有指导和借鉴意义     

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。     

蔚县矿区奥灰水突水规律分析及防治水对策探讨

蔚县矿区煤系基底奥灰含水层是煤层开采底板进水的主要充水含水层,已发生多次突水灾害,造成了巨大的经济损失。在分析矿区水文地质条件的基础上,对矿区奥灰岩的富水性进行了分区。通过对多年来矿区生产矿井奥灰水突入矿井资料收集整理及突水点的时空特征的研究,得出了矿区生产矿井奥灰水突水规律：首先与奥灰含水层富水性有关;其次是断层,即使是落差不大的小断层也是突水的薄弱地段;开采1号煤层,底板隔水层厚度与水头压力是控制奥灰水突入矿井的主要因素。提出了以防为主、带压开采、封堵结合,避免强行疏排的奥灰水防治水对策,并对矿井防治水措施提出了建议。     

多源数据挖掘下潘谢矿区深部灰岩水突水预警研究

深层灰岩水在长时间水岩耦合作用下各含水层的水化学成分有所不同,但随着地壳运动、采动影响等因素导致不同含水层产生水力联系。重大的突水事故都是深层高压灰岩水以浅层灰岩水为通道突入矿井发生的。依据对淮南煤田潘谢矿区9对矿井2015—2018年182个地面水文观测孔的水位数据及潘二矿突水后各水文观测孔水位变化的时空规律,得出水文观测孔的水位变化数据比水位高程数据更灵敏,潘谢矿区深层灰岩水由下向上对浅层灰岩水进行补给,通过聚类分析算法识别出矿井与深层灰岩水存在补给关系的浅层灰岩含水层区域;另一方面基于改进的随机森林算法对收集的7 000多条矿井水质化验资料进行分析,基于错分数据识别出与深层灰岩水水力联系紧密的各矿含水层信息。综合分析水位变化数据聚类分析结果,得出各矿井的突水风险区域。基于含水层分类显著因子、水化学空间分布特征,结合温度、流量、水位、水质等参数的高精度传感器,构建快速准确突水预警系统,对矿井出水点进行智能监测,为实施防治水措施提供快速、可靠的依据,可以极大地避免矿井发生突水事故和减少突水事故产生的损失。      

对江苏沛县新庄铁矿区富水性规律的初步认识

江苏沛县新庄铁矿属于典型的矽卡岩类接触交代型铁矿,矿区主要富水含水层为奥陶系灰岩。分析了该矿区地下水补径排条件、矿区含水层特征及断层富水性特征,初步总结了该矿区富水性规律。认为矿坑涌水主要受上覆灰岩控制,其次受构造断层控制; 断层的涌水量受裂隙充填影响变化较大,增加了突水、透水的风险性,将直接威胁矿山的生产安全。总结该矿区富水性规律,可为国内相同类型矿山的前期勘查及后期矿床开采提供参考。     

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。      

华北煤矿奥灰突水特点及防治对策研究

奥陶系灰岩含水层是华北地区各矿区煤层开采的重要水害,通过对奥灰突水及相关的案例分析,认为奥灰突水多发生在区域降水量大于700mm的矿区;导水断层和陷落柱是造成突水的主要通道;奥灰水也可以通过补给薄层灰岩而进入矿井;不同层段的奥灰岩,其富水性不同,奥灰岩顶界具有一定的隔水作用。针对华北地区煤矿奥灰突水特点,提出其防范对策应是加强不同层位的水文地质探查,重点防范集中导水通道突水,并进行中间层的改造。     

地下水水位及水温在查明矿区岩溶水补给条件中的应用——以福建马坑铁矿为例

综合利用马坑矿区积累的水位、水温资料,结合前期对矿区水文地质条件的认识,查明了矿区岩溶水在疏干条件下的补给的变化特征。矿区岩溶含水层以石炭系船山组至二叠系栖霞组灰岩为主,大气降水为其主要补给来源。矿区开采过程中由于矿山采石场开采灰岩造成的溶洞出露地表、采空塌陷裂隙、第四系扰动及沟谷堵塞等使大气降水入渗补给量增大;断层破碎带使分布于灰岩含水层上部的二叠系文笔山组泥质砂岩地层具有了良好的含水性及导水性,致使其上部加福组砂岩裂隙水通过小娘坑断层及F3断层等破碎带补给岩溶水;溪马河河水沿河床与F1断层交汇段渗漏补给岩溶水;深部花岗岩低温热水也沿F1及F10断层破碎带进入矿坑。      

淮北煤田花沟井田水文地质特征及矿井涌水量预算

在分析井田水文地质特征的基础上,对矿井的充水因素进行了论述,认为矿区的主要充水水源为新生界松散层第四含水层砂层孔隙水、二叠系煤系地层砂岩裂隙水和石灰岩岩溶裂隙水,指出了灰岩与煤岩层对口部位是突水可能发生的主要地段,在以后煤矿开采时要加以重视和预防。采用了地下水动力学法、比拟法对矿井涌水量进行了预算,通过对两种计算方法的分析比较,建议采用比拟法预算结果作为矿井正常涌水量和最大涌水量。     

徐州三河尖煤矿充水因素分析及防治水对策

在介绍矿区地质及水文地质条件的基础上,对矿井的充水因素进行了较为全面的分析,指出矿井的主要充水水源是山西组砂岩裂隙水、太原组灰岩岩溶裂隙水和奥陶系灰岩岩溶水;充水通道主要是断层破碎带和隐伏陷落构造,其次是采矿形成的冒落带和导水裂隙带。结合历年的突水资料,分析了三河尖煤矿历次发生水害事故的原因。针对煤矿充水特征,提出了在预防煤层顶板砂岩裂隙水和太原组灰岩岩溶水时,要以超前疏放为主,对奥陶系灰岩岩溶水,则应以＂防＂为主。     

顶板巨厚砂岩水防治方法研究与应用

随着煤炭资源不断开发,东部区域煤炭资源储量不断减少,煤炭开采逐步向西部区域转移。西部矿区的水文地质条件与东部截然不同,面临的水文地质问题主要为顶板巨厚砂岩含水层涌(突)水威胁;具有矿井涌水量随巷道开拓长度、开采面积增大而增加,多个充水含水层,采动导水裂缝带发育高度较大、导水能力强等水文地质特点。总结了西部典型矿区顶板巨厚砂岩水防治的多年工作经验,提出了防治水工作"三个体系"和防治水"十法",实施效果良好,可为西部矿区进行顶板巨厚砂岩含水层防治技术研究提供参考。     

永夏煤田顺和煤矿水文地质特征分析

本文结合区域水文地质条件,对矿井主要含水层和隔水层进行了分析和评价。对矿井主采二2煤层充水因素进行了分析,尤其是断层构造。指出山西组煤层顶板砂岩裂隙水为二2煤层充水的重要因素之一,导水断裂构造、封闭不良钻孔等可能导通石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层,可造成突水淹井事故。     

焦作矿区双重介质裂隙网络渗流与渗流模型研究

焦作矿区矿井水害严重,位于煤层底板下的石炭系薄层灰岩中的第八、第二层,以及奥系灰岩岩溶含水层是矿井主要充水水源。裂隙是矿区岩溶水渗流的主要通道,裂隙介质的不均匀性、各向异性、不连续性等特征非常明显,且不同规模的裂隙对岩溶水渗流的贡献不同。根据裂隙介质对岩溶水渗流所起的作用,对那些控制矿区岩溶水渗流分布且起主导渗透作用的巨型和大型裂隙建立非连续介质裂隙网络三维渗流模型;对大型和巨型裂隙之间的裂隙岩块建立连续介质渗透张量模型,两模型耦合在一起组成双重介质裂隙网络三维渗流模型。该模型能较好地刻画矿区岩溶水渗流和突水特征      

微量元素在福建马坑铁矿崎濑泉形成条件识别中的应用

崎濑泉是福建马坑铁矿区附近流量最大的泉,与矿区的关系一直没有查清。本文通过对前人勘察资料研究和在不同部位采水样进行分析的基础上,运用聚类分析和指示岩溶水、碎屑岩地下水补给来源和径流过程的Sr /Ca与Rb /K值研究了福建马坑铁矿崎濑泉补给来源和径流途径。结果表明,取自崎濑泉泉口水样与及矿区水文钻孔的岩溶水水样相关系数达到0.98,而与取自矿区北部砂岩裂隙水的水样相关性则很差;灰岩水和砂岩水间的相关系数仅为0. 26;崎濑泉水的Sr / Ca、Rb /K值与岩溶水的都比较相近,而砂岩裂隙水的Rb /K值则明显地较崎濑泉水与岩溶水的高,说明崎濑泉水的来源应当是深部的岩溶水,与其上部的砂岩裂隙水并无密切关系;崎濑泉的形成是大气降水在矿区东北部天山凹附近的灰岩裸露区渗入岩溶含水层并向西径流,至矿区中西部沿F10断层附近的岩溶强径流带径流至崎濑村,受陈坑- 崎濑断层阻挡然后涌出地面,而并非前人所说的是先由大气降水补给砂岩裂隙含水层,然后再由砂岩裂隙含水层补给下部的岩溶含水层。      

姚桥煤矿水文地质特征及矿井水害防治措施

姚桥煤矿开采水文地质资料表明,煤层开采矿井的直接充水含水层--山西组煤层顶、底板砂岩裂隙含水层组与太原组灰岩岩溶裂隙含水层一般以静储量为主,富水性较弱;第四系松散含水层组、下石盒子组底部分界砂岩含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、老窑水主要是通过断裂或导水裂隙向矿井充水,故而提出了留设保安煤柱,探放断层水、老窑水等针对性的水害防治措施。     

九里山矿西部水大原因分析及对策

九里山矿水文地质条件复杂,矿井最高排水量为104．20m^3／min,吨煤排水量为116．87m^8,长期达不到生产能力。分析了矿区的地层、构造和水文地质条件,认为L9灰岩含水层是矿区的主要充水水源,充水通道为断层带及底板底鼓引起的裂隙带。另外,钻孔及注浆过程中的水位变化证实了L2潜伏水头的存在。指出矿区突水水量大的主要原因是：在采掘（工作面回采、巷道掘进）、矿压、水压的作用下,煤层底板的完整性被破坏而产生裂隙,当这种裂隙和L2灰含水层的潜伏水头沟通时,就会产生L2灰含水层的突水。据此提出了目前应对突水的措施是在14101工作面布置钻孔注浆,封堵煤层至O2灰含水层之间的所有含水层。