基于水化学成分与聚类分析的矿井水补给关系判别

井下放水试验是确定矿井各含水层间水力联系的常用方法之一。为了判别目标含水层与矿井其他含水系统间的联系,基于矿井不同含水系统水化学成分的差异,选取7种常规水化学成分指标对放水过程中目标含水层水源进行分析。以淮北矿区桃园煤矿Ⅱ4采区太原组灰岩含水层放水试验为例,采用水化学特征分析与系统聚类分析的方法,对放水试验过程中太灰水化学成分的变化进行对比分析。研究结果表明:随着放水试验的进行,太灰水质不断向奥灰水质接近,且采区太灰水与奥灰水欧氏距离最小,为185.01,通过系统聚类分析得出,太灰水与奥灰水可优先聚为一类,说明放水试验过程中太灰水受到奥灰水的补给,研究结果为矿井下一步防治水措施的选择提供依据。     

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     

山东省汶泗河冲洪积平原孔隙含水层层间水力联系研究

山东省汶泗河冲洪积平原轴部第四系厚度较大,孔隙地下水分层分布,由于补给径流条件不同导致其水质差别较大,研究含水层间的水力联系对于水资源管理及优质地下水可持续开发利用等具有十分重要的意义。采用群孔抽水试验方法研究苑庄水源地浅层和深层孔隙水之间的水力联系。群孔抽水后6眼抽水井水质指标整体高于抽水前,附近有串层水井的抽水井增加最大,4项指标平均升高1.07倍。抽水试验期间深层观测孔水位变化与抽水井相一致;浅层观测孔水位除有串层的孔稍有下降趋势外,其它孔均呈现自然波动状态。附近有串层水井的抽水井抽水量中浅层孔隙水的补给量比例比其它抽水井要高4倍。抽水前后水质、抽水期间水位动态变化规律、抽水井抽水量中浅层孔隙水补给量占比均表明深层孔隙水在开发利用过程中会受浅层孔隙水影响,但是可通过合理止水减弱含水层之间的水力联系。     

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.     

孟加拉国巴拉普库利亚煤矿含水层水力联系研究

为进一步查明孟加拉国巴拉普库利亚煤矿水文地质特征及含水层间水力联系,为矿井水害防治提供理论依据,以19组水质化验数据为基础,结合含水层及隔水层空间展布特征、井田构造特征、水位历时曲线、水化学类型、氢氧同位素特征等,综合分析新近系UDT含水层、Ⅵ煤顶板含水层、Ⅵ煤含水层之间的水力联系。结果表明,井田北部LDT隔水层局部缺失,为UDT含水层水向含煤地层补给提供了条件;井田北翼煤层顶板含水层与UDT含水层水位变化规律密切相关,且水位相近,初步证明两者存在水力联系;各含水层水均为HCO₃-Ca·Na·Mg型,均为低矿化度水,进一步证明各含水层间存在水力循环;聚类分析结果表明各含水层水质存在一定关联度,推演含水层间水力联系程度;氢(δD)氧(δ18O)同位素特征点分布于全球大气降水线附近,表明大气降水是各含水层共同的补给水源。研究成果可以指导孟加拉国巴拉普库利亚煤矿Ⅵ煤层开采时水害防治方向。      

13071采煤工作面突水水源分析与治理技术

通过对含煤地层薄层灰岩含水层长观孔、奥陶系灰岩含水层长观孔、斜风井采空区老空水的水位观测及突水水质的化验,认为告成煤矿13071工作面的突水水源主要为薄层灰岩水,斜风井老空水、奥陶系灰岩水有少量参与.其导水通道是工作面内底板存在的贯通裂隙带,通过采用以疏为主,其他为辅的治理方案,煤矿恢复了工作面的正常生产.     

水文地球化学方法在研究矿区水文地质条件中的应用

应用水文地球化学方法,研究了肥城西部矿区不同含水层的水化学特征,分析了它们相互间水力联系方式与联系程度,推断了奥灰水越流补给煤系灰岩水的补给地段,大致估计了其补给量,为防治水方案的制定提供了依据。      

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。     

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。      

因子分析法在矿井涌水来源判别中的应用

结合恒源煤矿六八采区实例,采用因子分析方法研究矿井涌水水源。取各充水含水层样品与采区涌水样品的主要离子含量指标为分析对象,经过系列处理得到正交因子载荷矩阵。用因子1和因子2分别代表太灰水和煤系砂岩水,在因子载荷坐标系中,六八采区涌水水样则分布在因子1和因子2之间,并同时具有很高的共同度,充分证明了六八采区涌水属于太灰水与煤系砂岩裂隙水之间的过渡类型。      

西部侏罗系矿区充水含水层水文地球化学特征及矿井水来源综合识别

本文以水文地球化学理论为指导,基于研究区水文地质条件及矿山水害研究基础,构建了不同充水含水层水化学和氢、氧同位素基础特征值,结合不同煤层埋深煤矿含隔水层组合特征和导水裂隙带发育高度,综合识别了浅埋、中深埋和深埋多个煤矿的矿井水来源。研究结果显示,受水岩作用和水动力条件等因素影响,煤层上覆不同充水含水层地下水水化学类型和氢、氧同位素值差异明显;随着煤层埋深的增大,矿井水的矿化度呈显著增加趋势,氢、氧同位素整体呈减小趋势;在此基础上,综合采用水化学和环境同位素的方法对研究区不同煤层埋深煤矿的矿井涌水进行识别,认为浅埋煤矿矿井水为第四系松散含水层地下水和侏罗系砂岩含水层地下水的混合水,深埋和中深埋煤矿矿井水主要为侏罗系砂岩含水层地下水。     

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。      

The identification of fault zones in deep karst aquifer of North China coal mine using parallel directional well logs

Water inrush from Ordovician karst aquifer in North China coal mine has become a key issue on underground coal mining. To address this problem, it is necessary to identify fault zones, because fault zones might connect limestone aquifers and coal seams, enabling Ordovician karst water to enter the mine. In the study area, a series of parallel directional holes were drilled along Ordovician limestone at depths between 70 and 90 m under Ordovician limestone boundary. To conveniently detect fault zones and govern mine water disasters, a series of natural gamma-ray logging while drilling (GRLWD) were undertaken. The entire detecting region can be comprehensively covered by several directional borehole groups. Then, fast Fourier transform and short-time Fourier transform approaches were employed on the basis of GRLWD data and geological data to extract faults information. A segmented identification method for deep fault zones was established in this study. This method can be used to markedly improve the identification of fault zones within Ordovician limestone or the unitary lithology formation and provide crucial information relevant for deep coal mining safety.     

Hydrogeochemical Characteristics and Groundwater Inrush Source Identification for a Multi‐aquifer System in a Coal Mine

Correct identification of water inrush sources is particularly important to prevent and control mine water disasters. Hydrochemical analysis, Fisher discriminant analysis, and geothermal verification analysis were used to identify and verify the water sources of the multi‐aquifer groundwater system in Gubei coal mine, Anhui Province, North China. Results show that hydrochemical water types of the Cenozoic top aquifer included HCO₃–Na+K–Ca, HCO₃–Na+K–Mg and HCO₃–Na+K, and this aquifer was easily distinguishable from other aquifers because of its low concentration of Na⁺+K⁺ and Cl^–. The Cenozoic middle and bottom aquifers, the Permian fissure aquifer, and the Taiyuan and Ordovician limestone aquifers were mainly characterized by the Cl–Na+K and SO₄–Cl‐Na+K or HCO₃–Cl–Na+K water types, and their hydrogeochemistries were similar. Therefore, water sources could not be identified via hydrochemical analysis. Fisher model was established based on the hydrogeochemical characteristics, and its discrimination rate was 89.19%. Fisher discrimination results were improved by combining them with the geothermal analysis results, and this combination increased the identification rate to 97.3 % and reasonably explained the reasons behind two water samples misjudgments. The methods described herein are also applicable to other mines with similar geological and hydrogeological conditions in North China.     

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。     

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。     

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。     

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。     

潘北矿A组煤层底板高承压水数值模拟及疏水量预报

建立高承压含水层数学模型,识别其参数特征,是预报不同开采方案下该含水层水量合理疏放大小的依据。在分析潘北煤矿地质及水文地质条件基础上,利用–490 m水平4个阶段放水试验成果资料,利用Modflow建立了A组煤层底板灰岩水渗流水文地质模型及其数值模型,经识别和验证后,获得了太原组灰岩含水层水文地质参数,并结合“突水系数”,分别预报了–490 m和–650 m水平在确保A组煤层安全开采下的疏放量,其计算结果,给太原组灰岩水的防治提供了决策依据。