山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO_(4)-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO_(4)·HCO_(3)-Na和SO_(4)-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na^(+)和SO_(4)^(2-)的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。

导水裂隙带发育高度预测的PCA-GA-Elman优化模型

针对矿井水害防治中导水裂隙带发育高度难以准确预测的问题,结合煤矿生产实际和工程地质理论,选取采深s、硬岩岩性比例系数b、采高(煤层厚度)M、工作面斜长l、顶板单轴抗压强度为主要影响因素,运用灰色关联分析法(GRA)分析各主要影响因素与导水裂隙带发育高度的相关性,并将主成分分析(PCA)、遗传算法(GA)和优化的Elman神经网络相结合,建立导水裂隙带发育高度预测的PCA-GA-Elman优化模型。结果表明:PCA-GA-Elman优化模型能有效消除因素间的相互影响,并能优化初始权值和阈值,使导水裂隙带发育高度预测更加准确。与PCA-Elman和PCA-BP预测模型相比,PCA-GA-Elman优化模型预测的导水裂隙带发育高度相对误差仅为-6.34%~0.18%。

煤矿突水水源判别的PCA-PSO-ELM模型

在矿井水害防治工作中,对突水水源类型的快速和准确识别尤为重要。选取焦作矿区中36组不同含水层的水样数据,将Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)+Na^(+)、HCO_(3)^(-)、Cl^(-)和SO_(4)^(-2)这6种因子作为评价指标,使用主成分分析(principal component analysis,PCA)算法进行降维,消除叠加信息对预测结果的影响,利用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化极限学习机(extreme learning machine,ELM)神经网络的初始权值和阈值,克服ELM神经网络输入层权重和隐含层偏置具有随机性且隐含层很难确定的缺点,最终建立基于主成分分析-粒子群优化算法-极限学习机(PCA-PAO-ELM)的突水水源判别模型。对比ELM、BP神经网络模型可以看到,经过PCA降维和PSO改进参数的ELM神经网络模型解决了传统模型易陷入局部极小值点和学习过程收敛速度慢的问题,减小了水源识别的误差,提高了模型的泛化性,使预测结果更加可靠,为快速识别突水水源提供了新的思路。

贝叶斯判别和Fisher判别在矿井突水水源判别中的应用比较

矿井突水水源的有效识别对于预防矿井突水事故起到至关重要的作用,为了解决传统水源判别方法存在准确率较低、所需数据量大的问题,依据山东盛泉煤矿突水水源的水质资料,选取Na^(+)+K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO^(2-)_(4)和HCO^(-)_(3)这6种水化学成分指标作为矿井突水水源判别的依据,分别构建Fisher线性判别模型和朴素贝叶斯分类模型,并将2种模型的结果进行比较。结果表明,2种方法对于矿井突水水源的识别均有一定的实用性,但利用MATLAB实现的贝叶斯判别函数更为简单,且运行速度较快,误判率较低,因而可作为多分类矿井突水水源判别的有效手段。

传递岩梁初次断裂工作面涌水量预测模型研究及应用

针对采用工作面开采面积类比法预测顶板最大涌水量误差大的难题,基于流体力学理论,建立了工作面顶板涌水量计算的理想化管道涌水模型。依据矿山压力控制理论,推导出传递岩梁初次断裂时顶板涌水量预测的非线性公式,揭示了顶板涌水量和工作面斜长及传递岩梁初次断裂步距之间的正相关性。现场应用表明,利用已开采和正在开采工作面传递岩梁初次断裂时涌水量,以及已采工作面最大涌水量,预计正在开采工作面最大涌水量所得的结果,相对采用工作面开采面积类比法所得的结果更加符合实际。

基于灰色关联模型的矿井突水水源分析方法

良庄煤矿51101工作面开采推进480 m时遇断层破碎带导致矿井突水,为了快速判别突水水源类型,选取K^++Na^+、Ca^2+、Mg^2+、Cl^-、SO^2-4、HCO^-3这6种水化学成分指标作为判别依据,应用水化学特征分析结果和灰色关联判别相结合的方法建立矿井突水水源识别模型。选取22组水样(编号分别为1~22),计算各水样毫克当量百分数,绘制Piper三线图,对水样一般化学特征及水质类型进行综合分析。借助DPS软件将各出水点水样依次作为母序列进行灰色关联数据建模,确定灰色关联序列表,最终结合突水实际情况判定突水水源。结果表明,51101工作面突水水源来自于奥灰水。

断层对工作面顶板涌突水影响的数值模拟研究

工作面附近存在断层时,裂隙的发育高度有较大增长,断层也可能“活化”突水,增加了防治水的难度。以新巨龙煤矿工作面为原型,基于UDEC软件,建立断层倾角为30°、45°、60°和75°的数值模型,分别模拟工作面从断层上盘至下盘和下盘至上盘的推进过程,通过对最大裂隙高度增长率、断层面监测点最大剪应力和垂向位移量的分析,得到采动过程中裂隙发育高度和断层“活化”规律。