矿井突水水源的多元统计分析判别

矿井主要含水层水质分析方法判别水源作者：周全涛来源：《科技创新与应用》2013年第35期摘要：水质分析是煤矿开采业一项重要的技术，它能够精确判断水源类型，对水质中各种离子的含量做出精确分析，对煤矿能否顺利建设起着关键性作用。

水质分析结果能够判断矿井水的水质特点和矿井水的来源水层，这一技术要点具有很重要的作用，能够判断水源来水方向，定量技术涌水量，正确预计水量的动态变化，为设置合理的防隔水煤岩柱提供可靠参考。

本文根据笔者实际工作经验，首先简要介绍了安阳矿区水文地质概括，其次重点对水害事故经过及水质进行分析，为矿井的安全生产、抗水灾救援提供了技术依据。

关键词：水质分析；矿区水文地质；水硬度；矿化度引言判断矿井涌水、突水水源的方法有很多。

实践证明，水质分析方法是一种较为有效而又简便的技术方法，水质分析法在判定矿井涌水水源中的应用越来越广泛，尤其应用在矿井水害防治实践中，因为含水层的差异和老窑地下水化学成分的差异都是由不同的生成环境所致，进而所形成的地下水类型也不同，通常来说，主要差异有：赋存环境不同，地下水的补给、径流、排泄、储存条件差异。

水质分析方法是通过确定矿井涌水里面的水化学成分，分析矿井水的水质成分，从而对水源位置进行确定。

1 安阳矿区水文地质概括安阳矿区的地理位置是河南省北部安阳市，从它的形成来看属于太行山东麓煤田的一部分，矿区西部紧邻太行山脉，东面与京广线接近，从占地面积上看，它具有42km的南北长和3.6km的东西宽，具有151km2的面积，区域内有生产矿井5对。

地质资料显示，矿区出露地层比较多，根据统计有：下奥陶冶里-亮甲山组白云岩；二叠系含煤层隶属山西组；上第三系砾岩：主要有各类砂岩、泥岩等；第四系黄土、砾砂层。

资料分析显示，第三、四系含水岩系、石炭-二叠系含水岩系和奥陶系含水岩系是影响本区煤矿开采生产的主要含水岩系和岩组。

其中，本矿区最主要含水岩系是奥陶含水岩系，根据富水性在各含水岩系中的差异将其分为中奥陶（O2），太原组薄层灰岩（L2，L8），山西组砂岩含水层（S9，S10）在地下水含量方面相对次之。

第40卷 第3期 煤田地质与勘探Vol. 40 No.32012年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2012收稿日期: 2011-10-30作者简介:杨海军(1986—), 男, 四川广安人, 硕士研究生, 从事水文地质研究.文章编号: 1001-1986(2012)03-0048-07煤矿突水水源判别与水量预测方法综述杨海军1,2，王广才1,2(1. 中国地质大学水资源与环境学院，北京 100083； 2. 生物地质与环境地质国家重点实验室，湖北 武汉 430074)摘要: 突水严重制约着煤矿安全生产。

突水灾害的防治是涉及多学科多方法的系统工程。

矿井突水水源快速判别和矿井涌水量准确预测是突水灾害防控的重要环节。

从矿区地质环境精细探测、地下水循环交替特征和数学模型研究及应用等方面，总结了国内外煤矿突水预测的主要进展。

对判别突水水源和预测涌水量的各种方法进行探讨，概述了各种方法的原理、应用现状及其适用条件。

关 键 词：煤矿突水；预测；判别；涌水量；模型中图分类号：P641.4; TD74 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.03.012Summarization of methods of distinguishing sources and forecasting inflow ofwater inrush in coal minesYANG Haijun, WANG Guangcai(1. School of Water Resources and Environment , China University of Geosciences , Beijing 100083, China ;2. State Key Laboratory for Biogeology and Environmental Geology , Wuhan 430074, China )Abstract: Water inrush seriously restricts the safe production of coal mine. The prevention and control of water inrush disaster is a systematic engineering which involves many disciplines and methods. Distinguish-ing sources of water inrush quickly and forecasting water inflow accurately are important links for the pre-vention and control of mine water inrush. In terms of fine investigation of geology environment of mine, the research on the characteristics of circulation and alternation of groundwater, and the research and application of mathematical models, the paper summed up the main domestic and international progress in prediction of coal mine water inrush, and discussed various methods of distinguishing sources of water inrush and fore-casting water inflow, and summarized the theory, application status and application conditions of the methods. Key words: coal mine water inrush; forecasting; distinguishing; water inflow; model我国是煤矿水害多发的国家，突水造成的直接经济损失一直排在各类煤矿灾害之首，特别是华北石炭-二叠系煤田和南方晚二叠系煤田受岩溶水的威胁严重，突水事故频繁[1]，亟待解决。

矿井出水点多水源判别方法
卫文学;卢新明;施龙青
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2010(035)005
【摘要】根据已知水源、出水点典型化学离子组分含量等数据,采用运筹学方法,建立矿井出水点多水源判别数学模型,并利用简约梯度法对模型进行求解.在模型求解过程中引入的松弛变量具有重要的物理意义,如果解中松弛变量取值较大,则意味着存在未知水源.采用文献及矿山实际数据进行验证,结果表明,该方法不仅适用于多水源出水的情况,判别已知水源是否与出水点导通,计算各水源在出水中所占的比例,而且还能揭示是否存在未知水源.
【总页数】5页(P811-815)
【作者】卫文学;卢新明;施龙青
【作者单位】山东科技大学信息科学与工程学院,山东青岛,266510;山东科技大学信息科学与工程学院,山东青岛,266510;山东科技大学地质科学与工程学院,山东青岛,266510
【正文语种】中文
【中图分类】P641.4
【相关文献】
1.应用矿井主要含水层水质分析方法判别出水源 [J], 王永法
2.判别分析法在芦岭矿井出水水源判别中的应用 [J], 董春江;宋三胜
3.矿井出水水源判别的综合方法 [J], 刘基
4.矿井突水水源的判别方法 [J], 周雅茹;高颖;冯永兵;刘影;赵子義;宋淞
5.矿井突水水源判别的多组逐步Bayes判别方法研究 [J], 陈红江;李夕兵;刘爱华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

矿井突水水源水化学判别方法1范围本文件规定了矿井水化学基础数据库的建立㊁标准水样水化学资料分析㊁突水水质检测及矿井突水水源水化学判别方法的技术要求㊂本文件适用于矿井突水水源水化学判别㊂2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款㊂其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件㊂MT/T672煤矿水害防治水化学分析方法3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义㊂4水化学基础数据库的建立4.1矿井宜建立主要含水层(含水体)水化学基础数据库,代替防治水基础资料中的 水质分析成果台账 ,以便在发生突水后及时调用数据库中标准水样资料信息分析突水水源㊂4.2水化学基础数据库应包含以下信息:a)水样基本信息:采样编号㊁采样地点㊁采样时间㊁含水层㊁水源类型㊁是否标准水样等㊂b)水样测试信息:各种离子(指标)含量㊂c)水样分析整理信息:水质类型㊁矿化度㊁总硬度㊁碳酸盐硬度㊁非碳酸盐硬度㊁负硬度等㊂4.3水化学基础数据库应具备以下功能:a)数据管理:导入㊁导出㊁备份㊂b)数据编辑:录入㊁删除㊁修改㊂c)查询:数据的筛选与查询㊂d)输出:报表的浏览与打印输出㊂4.4水化学资料的录入和整理:a)录入数据库中的水化学资料需经过阴阳离子平衡法㊁离子质量平衡㊁p H值法校核合格,未计算矿化度㊁各类硬度以及水质类型的原始数据,需经计算后录入;b)矿井勘探㊁建井㊁生产不同时期,主要含水层(含水体)水化学资料都应录入数据库中;c)含水层(含水体)㊁突(涌)水点的水化学动态检测资料应及时录入;d)整理数据库中水化学资料,建立矿井各含水层水质样本,当厚层含水层或同一含水层不同区域水质差异较大时可建立分层或分区样本;e)数据库的水化学资料信息在追加录入㊁编辑㊁修改后,应及时保存和备份㊂15标准水样水化学资料分析5.1根据数据库中水样的采样层位和水化学指标含量确定标准水样,各含水层标准水样样本数量一般不宜少于3个㊂5.2对标准水样的水化学资料进行系统化整理,从中找出规律性的分布和变化,分析研究矿井主要含水层水的水化学特征以及赋存条件㊁分布特征㊁运移规律等㊂反映水化学规律的水化学图件是水化学研究的重要手段㊂这些图件包括:水化学类型分区图㊁各种离子等值线图㊁相关离子比例等值线图㊁特定离子对同位素值关系图㊁离子和同位素对时间关系图等㊂5.3对不同来源的老空水,应根据空间位置㊁补给量大小㊁封闭状况和形成时间等分析其水质演化趋势㊂5.4总结不同含水层(含水体)的水化学差异特征,对老空水和含水层水存在明显水质分区时,需要进一步细化分析和分区总结,作为突水水源判别的主要依据,包括:a)水质类型㊁矿化度特征;b)不同含水层(含水体)水在P i p e r三线图中的分区特征;c)p H值㊁总硬度㊁主要(特征)离子含量㊁离子比值特征等;d)微量元素特征;e)其他指标特征㊂5.5增加标准水样时,应对判别指标进一步校正和完善㊂6突水水质检测6.1采样要求6.1.1采样应在突水点位置或靠近突水点位置㊂6.1.2动态检测突水水质时应在同一取样点位置进行采样,在未查明突水原因前,应加密采样频次㊂6.1.3突水水样的采集㊁处理和保存应符合MT/T672的规定㊂6.2检测要求6.2.1按MT/T672规定的指标和方法进行检测,必要时增加其他指标㊂6.2.2对突水水质应进行水化学动态检测,实时分析各指标的变化趋势㊂7突水水源的判别7.1水化学判别方法7.1.1根据突水水质动态检测数据,采用常规水化学判别方法,实时与5.4中a)㊁b)㊁c)判别依据进行对比分析,判别突水水源㊂采用特征离子(指标)或离子比值方法进行对比分析见附录A.1和附录A.2㊂7.1.2若常规指标无法识别突水水源时,可采用微量元素㊁同位素方法进行判别㊂微量元素和同位素判别突水水源见附录A.3㊁附录A.4㊂7.1.3若上述方法仍然无法识别突水水源时,可采用有机水化学分析方法判别,通过分析地下水T O C㊁U V254㊁3D E E M图谱等有机质特征综合判别㊂对于受有机污染的水源(如地表水㊁第四系水和老空水)的判别是一种有效的分析方法㊂7.1.4判别突水水源为混合水源时,需根据稳定同位素δD㊁δ18O或常量离子C l-含量进行混合比例计算㊂27.1.5有条件的矿井可以在水化学数据库基础上建立聚类分析㊁灰色关联分析㊁基于B a y e s准则的多组逐步判别分析等判别模型,进行突水水源判别㊂7.2对于矿井各含水层水化学分析标准水样欠缺或采用以上方法无法识别时,可采用示踪试验方法进行水源判别分析㊂7.3突水水源水化学判别应结合矿区水文地质条件,从突水位置㊁突水方式㊁突水量㊁水位变化㊁水温及其他物理指标等方面进行综合判别㊂3附录A(规范性)突水水源水化学分析方法A.1特征离子(指标)分析在掌握含水层独特的离子(指标)含量前提下,可以依据该种特征离子(指标)快速判别分析突水水源:a)S O2-4:可作为判别老窑水和含石膏地层地下水的特征离子㊂p H小于6的酸性老窑水S O2-4含量一般达阴离子基本单元物质的量浓度之和80%以上;含石膏地层的地下水S O2-4含量一般达阴离子基本单元物质的量浓度之和20%以上㊂b)C l-:深部滞流区地下水水质类型多为C l-N a㊁C l-M g型,C l-可作为判别其地下水特征离子之一;C l-也可作为地下水与高C l-含量地表水有联系的判别指标之一㊂c)N a+:可作为判别含钠(钾)长石的砂岩裂隙地下水的特征离子㊂N a+含量一般占阳离子物质的量浓度之和25%以上,p H值多数大于8.3,总硬度小于100m g/L㊂d)N O-3:可作为地下水与高N O-3含量地表水有联系的判别指标,一般含量大于10m g/L㊂N O-3也可作为判别第四系含水层水的特征指标之一㊂e)氧化还原电位:循环条件差异较大的含水层,可用氧化还原电位作为判别指标,一般地下水交替缓慢的含水层氧化还原电位低(封闭老窑水小于0m V),交替积极的含水层氧化还原电位高(处于交替积极的径流区奥灰水一般大于200m V)㊂f)温度:地热异常的矿区,不同含水层地下水有较明显的水温差异,其温度场的异常可作为突水水源的判别参考指标㊂A.2离子比值分析通过几种主要离子的基本单元物质的量浓度比值反映含水层水质特征,依此可判别突水水源: a)对于矿化度较低的溶滤水,当c(N a)/c(C l)大于1,则多属于砂岩裂隙水或第四系冲积层水;c(N a)/c(C l)ʈ1多属于灰岩水㊂当第四系水与奥灰水质类型一致而难以分辨时,应用该比值判别以上二种水源是一种有效的指标㊂b)[c(N a)-c(C l)]/c(1/2S O4)大于1,c(N a)/c(C l)大于1为砂岩水的特征;c(N a)/[c(C l)+c(1/2M g)]小于1则可能有灰岩水混入㊂A.3微量元素分析a)M n2+㊁F e2+㊁S2-:可作为还原环境地下水特征离子㊂突水中富含M n2+㊁F e2+㊁S2-时,水源多属于煤系地层水或老窑水㊂b)F-:可作为判别含氟化物地层地下水特征离子,如花岗岩地层突水㊂c)B r-㊁I-:可作为判别深层地下水㊁构造凹陷带储存水及与含油地层地下水的参考指标㊂A.4以同位素及放射性元素的特征分析地下水水源A.4.1氘(D)和18O应用a)在δDɢ~δ18Oɢ坐标图中,标出不同含水层水样和分析水样在图中位置,并与全球降雨线(δD=8δ18O+10)和当地大气降雨线比较,分析同位素值分布规律;4b)根据煤矿区具体条件,应用δ18O㊁δD值计算地下水补给高程及不同水源的混合比例等㊂A.4.2氚(3H)应用3H可作为大气降水进入地层后贮运时间判别主要指标,资料分析中需考虑具体的水文地质条件及当地大气降水3H的含量,一般规律如下:a)在地下水补给㊁径流㊁排泄过程中3H含量逐渐递减;b)在循环交替积极的含水层或与地表水㊁大气降水关系密切的含水层水中,3H含量接近(略低于)地表水的含量㊂A.4.3氡(R n)应用对于非放射性矿床并排除火成岩入侵影响的煤矿地下水,R n含量背景值小于37B q/L,其含量主要决定于岩石的射气系数即松散程度,突水水源分析时,参考如下:a)水质类型相同的奥灰水和冲积层水,冲积层水R n含量一般高于奥灰水;b)突水中富含R n,并且N a+含量明显增加,突水水源可能有冲积层水的补给㊂5。

基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法一、概述矿井突水作为矿山生产过程中的一大安全隐患，其准确识别对于预防突水事故、保障矿山安全生产具有重要意义。

传统的矿井突水水源识别方法往往依赖于经验判断和单一的水质指标分析，这些方法不仅效率低下，而且识别准确率难以保证。

开发一种高效、准确的矿井突水水源识别方法成为当前矿山安全领域亟待解决的问题。

主成分分析（PCA）和Fisher判别分析法是两种常用的数据处理和模式识别方法，它们在不同的领域中都得到了广泛的应用。

PCA通过降维的方式将多个指标转化为少数几个综合指标，这些综合指标能够反映原来指标的大部分信息，且相互独立，避免了信息的重叠。

而Fisher判别分析法则是一种线性分类器，通过求解最优的权向量和阈值，将样本投影到一条直线上，然后选择一个阈值将两类分开。

这两种方法的结合，可以实现对矿井突水水源的高效、准确识别。

本文将详细介绍基于主成分分析与Fisher判别分析法的矿井突水水源识别方法。

通过PCA对矿井突水水源的多项指标进行降维处理，提取出主要的综合指标。

利用Fisher判别分析法对这些综合指标进行分类判别，从而实现对矿井突水水源的准确识别。

通过实例验证和对比分析，证明该方法的可行性和优越性，为矿山安全生产提供有力的技术支持。

1. 矿井突水问题的严重性及其对矿井安全生产的影响矿井突水问题一直是采矿行业面临的一项重大挑战，其严重性不容忽视。

突水事件往往伴随着大量的地下水涌入矿山坑道，使得施工条件变得极为复杂，采矿成本大幅上升。

更为严重的是，突水不仅影响正常的采矿生产，甚至可能导致淹井事故的发生，给矿山工程和人员安全带来严重威胁。

在突水事故发生时，大量水流的涌入使得井巷和矿山设备遭受淹没，进而造成人员伤亡和财产损失。

突水事件还会对采矿生产造成直接影响，导致产量减少，甚至使部分矿区因无法继续开采而报废，给矿山的经济效益和资源利用带来巨大损失。

矿井突水水源的判别方法
1. 从水文地质学和水文地质地貌角度：可以根据该区域的古地貌形态、表层土壤、地下水等水文地质特征，推测突水水源的来源。

2. 从水分析测试的角度：可以对突水水源中的水质成分进行检测，然后比较与相近地区井内或井外水体的化学成分，以判定水是来自矿井突水还是其它来源。

3. 从水体涵养能力角度：判断水体的涵养能力，对矿井井水来源进行判断，矿井突水水源一般有较强的涵养能力，而其它水源涵养能力往往较弱。

基于主成分分析的多项Logistic回归模型的突水水源判别研究张好;姚多喜;鲁海峰;薛凉;朱宁宁【摘要】矿井水害是矿井生产过程中较常见的地质灾害之一.快速有效地判别突水水源是预防矿井水害的关键所在.选取袁店二矿59个水样资料(常量离子含量),利用主成分分析进行处理,得出主成分得分;以主成分得分为自变量,水源类别为因变量建立多项Logisti.回归模型;运用该回归模型对59个水样资料进行类型判别,得出综合判别准确率达到86.4％;并通过实例对判别模型进行了验证.研究结果表明:主成分分析法与多项Logistic回归模型相结合的方法在水源判别上具有可行性,不仅消除了常量离子之间的内在影响,而且使判别结果具有一定的准确率,在突水水源判别问题上提供了一种新方法,为矿井防治水提供有效依据.%Mine water disaster is one of the most common geological disasters in mine productionprocess.Quickly and effectively determine the source of water inrush is a key to the prevention of mine water damage.The data of 59 water samples were selected in Yuaner coal mine.The data of water sample mainly include constant ion content.The content of constant ions was treated by principal component analysis.The principal component scores were used as independent variables.The water source category is used as a dependent variable.Multinomial logistic regression models were established by using these.The regression model was used to classify the type of the data of 59 water samples.The discriminant rate (86.4％) of synthesis was obtained and the discriminant model was validated with examples.The results show that the combination of the principal component analysis and the multinomialLogistic regression model is feasible in water source identification.It not only eliminates the inherent influence of the constant ions,but also makesa certain degree of accuracy of the discriminant results.A new method is provided for discriminating water inrush source and it will provide an effective basis for preventing from and controlling of mine water.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2017(023)002【总页数】7页(P366-372)【关键词】矿井水害;突水水源;主成分分析;多项Logistic回归模型【作者】张好;姚多喜;鲁海峰;薛凉;朱宁宁【作者单位】安徽理工大学地球与环境学院,淮南232001;安徽理工大学地球与环境学院,淮南232001;安徽理工大学地球与环境学院,淮南232001;安徽理工大学地球与环境学院,淮南232001;安徽理工大学地球与环境学院,淮南232001【正文语种】中文【中图分类】P641.4在矿井生产过程中，矿井水害是影响矿山安全生产的重要灾害之一。

地下水主要离子水文地球化学过程与矿井突水水源识别陈盟;吴勇;姚金钱【摘要】选取10种化学组分利用多元统计分析确定龙门峡南煤矿矿区范围内水化学过程,并进行了风井突水点水源识别.研究区内地下水属于HCO3-Ca型水.选取三个特征根大于1的主成分进行分析表明,PC1表示方解石、白云石和石膏等矿物自然风化影响离子交换,PC2和PC3则分别表示区内水文过程、农业活动及蒸发作用的影响.研究表明,天然矿物的自然风化和离子交换是其中最重要的影响因素.根据Q 型聚类分析将水样划分为4个集群(Group1至Group4),通过对枯、丰两个时期内水样进行对比,确定水样间的相似关系,判断风井涌水水样M1、M2与泉点水样S3具有极大的相似性.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2016(014)003【总页数】9页(P123-131)【关键词】水文地球化学;主要离子;聚类分析;主成分分析;矿井水源识别【作者】陈盟;吴勇;姚金钱【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059;华蓥山煤业股份有限公司龙门峡南煤矿,四川广安 638020【正文语种】中文【中图分类】P641在矿山开采区，地下水资源扮演一个重要的角色，为人类饮用、植物生长和矿山开采等提供所需水源，而对于矿山开采活动来说，地下水也是一个至关重要的因素，矿井水量大小影响着矿山的生产和安全。

通常地下水中化学离子是受岩石风化、水-岩作用及离子交换等过程影响，其过程是相对封闭和缓慢的，矿山开采活动会揭穿导水断裂、富水溶洞、积水采空区，破坏这种封闭环境，造成大量地表水或地下水涌入矿山井巷，淹没坑道[1]，加速了离子交换过程，导致地下水和周围矿井水中主要离子浓度明显变化[2]，进而影响地下水化学和水环境[3]，如煤矿开采形成的酸性矿坑水[4]。

矿井突水是煤矿开采进程中最严重的自然灾害之一，如何及时和准确的判断突水的原因和水源是预防矿井突水的一个关键问题，因此，准确识别突水水源是预防矿井突水的先决条件。