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%。     

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     

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。     

示踪试验在探查灰岩含水层突水通道中应用

为了查明新庄孜煤矿63301工作面1组煤层底板灰岩含水层的突水通道,分别从太原组灰岩、奥陶系灰岩含水层投放NaCl示踪剂,寒武系灰岩含水层观测孔投放KI示踪剂,在工作面突水点间隔采集样品。经测试分析其浓度随时间变化关系曲线发现:底板太原组灰岩含水层中存在多条小通道和一条大通道,奥陶系灰岩含水层中存在多条小通道,而寒武系灰岩含水层存在2条通道,在不同灰岩含水层通道中,水流速度存在较大差异性,反映了其岩溶裂隙发育非均匀性特点。此外,利用本次突水资料,计算灰岩含水层的参数。为工作面底板太原组灰岩水害治理提供依据。      

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。     

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。     

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。     

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。      

淄博煤田石谷井田底板水害分析及防治水对策探讨

石谷井田位于淄博向斜东翼中段深部,整体上呈单斜构造,开采煤层为太原组底部9、10号煤层。通过对井田水文地质条件的分析认为：本溪组徐上砂岩、徐灰及奥陶系石灰岩承压水是矿井的主要充水含水层;影响井田含水层富水性的主要因素是地形地貌、含水岩组与可采煤层之间的岩性组合、厚度变化及断裂构造;井田底板突水形式主要是裂隙扩大型和裂隙渗流型。对井田的底板突水规律进行了分析研究,提出了以查明底板水文地质条件为前提,以准确分析判断可能发生的底板突水类型为基础,做好探查探测、实时监控、分析评价、预测预报、疏放降压、条带开采、合理留设煤柱的综合预防及治理措施。     

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     

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。     

赵官矿井水文地质条件及防治水研究

通过对区域及矿井水文地质条件的分析研究,认为对矿井安全生产有影响的含水层为太原组四、五灰,太原组的下层岩浆岩,本溪组徐灰及奥陶系灰岩含水层;太原组四、五灰为富水性中等-强的含水层。并与下层岩浆岩穿插合并,相互联系,构成了开采10煤层的底板充水含水层组;徐灰下距奥灰的间距平均7．62m。奥灰水可以通过大小断层连通,在垂向上越流补给徐灰,存在底鼓水突水危险。运用大井法计算,在7、10煤层开采条件下,-415m水平以浅排水能力可按正常涌水量788m^3／h,最大涌水量1103m^3／h进行配备;以深可按正常涌水量1065m^3／h,最大涌水量1491m^3／h进行配备。根据该矿井水文地质条件,提出超前探水、疏水降压、合理留设防水煤柱等水患防治建议。     

山西七元矿岩溶水赋存运移特征及底板突水分析

七元煤矿位于山西省寿阳县东部,主釆煤层为太原组15号煤,煤层底板之下的奥灰岩溶水对釆煤存在潜在危胁。为此对该矿区奥灰岩溶水的赋存运移特征及15号煤层底板突水情况进行分析,结果显示：井田位于区域奥灰水径流区的中部,,径流条件较好;15号煤层的水位线总体特征为北西部高,东南部低,地下水自西北至东南径流。经计算,采区的突水系数为0.047MPa/m,推测该区碱奥灰岩溶水对15号煤层的开釆没有影响。     

红岭煤矿水文地质特征及充水因素分析

通过对矿区含、隔水层及断层带水文地质特征的分析和井下水文地质现象的观测,认为目前矿井开采煤层较浅,以二1煤顶板直接含水层充水为主,水量不大;但随采掘的延深,煤层下伏的太原组灰岩和奥灰含水层,会在断层的影响下,与其它含水层发生水力联系,对矿井开采形成威胁。根据对矿井充水因素的分析结果,指出目前矿井的充水强度不大,充水通道主要为断层带,在开拓-800m水平时,应注意构造破坏或隔水层薄弱地段,此地段有可能出现奥灰水突入矿井的危险。为防止矿井突水,提出了建立健全地下水观测系统,加强井下钻探和物探工作,重视邻近矿井老窿水监测等矿井水害防治工作建议。     

吴堡矿区首采地段水文地质特征及矿床充水条件分析

从鄂尔多斯盆地东部地下水类型、含水岩组等区域水文地质条件入手,对陕北石炭二叠纪煤田吴堡矿区首期开采地段水文地质条件进行了分析。分析表明,区内第四系松散层含水层在首采区虽然分别较广,但水量相对较小,正常情况下与其下含水层贯通的可能性较小,对于煤矿开采影响较小;基岩风化裂隙潜水、太原组灰岩溶隙裂隙及砂岩裂隙承压水及奥陶系灰岩岩溶承压水是煤矿开采中最为主要的突水类型。从矿坑充水水源、充水通道和充水强度角度对首期开采地段进行了矿床充水因素的研究。研究认为,矿井充水水源为煤层顶底板砂岩裂隙水、灰岩裂隙溶隙承压水及奥陶系岩溶承压水;充水通道主要是煤层开采后顶板形成的冒落带和导水裂隙带以及底板受其承压水的影响而产生的破坏带。建议在矿井设计前对首采地段进行三维地震勘探,进一步查明区内断层性质、规模和易发生矿井涌水的部位,为建井设计、矿坑底板的突水和防治提供依据。     

山西高阳煤矿奥陶系峰峰组含水层赋存特征

高阳煤矿主采太原组9-10-11#煤层,矿区内断层、陷落柱发育,奥陶系灰岩溶裂隙水是威胁矿井安全开采的主要水源。据井下突水资料及地面水文地质勘探成果,总结出奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层的赋存特征:①从垂向上看,一段以泥灰岩、石膏、硬石膏为主,为相对隔水层,二段由青灰色及黑色厚层状泥晶、粉晶灰岩组成,钻探可见岩溶裂隙,富水性中等;②从水平方向上看,西部埋藏较浅区富水性明显强于中、东部深埋区,且在向斜轴部出现滞流区;③水位西高东低,相差近300m;④顶部存在隔水层段,隔水层厚度一般3.09~34.01m;⑤水位和水化学特征对比发现,峰峰组与马家沟组含水层没有水力联系;⑥地下水总体自西向东,自北向南径流,侧向径流排出井田外。该研究为煤矿底板水的防治提供了依据。     

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。     

济宁煤田一区奥陶系第六段灰岩水综合利用的探讨

奥 陶 系石 灰 岩 是 济宁 煤 田 一 区太 原 组 下 部煤 层 底 板 充水 含 水 层 ,岩 溶 裂隙 发 育 ,富 水 性 较 强,由 于排 泄 条 件差, 天然 状 态下 水质 不 符合 饮用 水标 准 。通 过 群孔 抽 水 试 验,改 变 了地 下 水 的 循环 条 件 ,使 水 质 达 到了 生 活 用 水 导致标 准,为此 区 奥灰 水的 综 合利 用打 下 了基 础。