蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

无机-有机综合指标在煤层顶板涌水水源判别中的应用

常规的无机水化学参数较难判别某些井田中成分相近的煤层顶板涌水水源,针对该问题,以榆横矿区某井田为研究区,在K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(−)、SO_(4)^(2−)、HCO_(3)^(−)、TDS(总溶解固体)等无机指标的基础上加入TOC(总有机碳)、UV254(紫外吸光度)、DOM(溶解性有机质)等有机指标,探究无机-有机综合指标在煤层顶板涌水水源判别中的作用;利用荧光指纹技术和PARAFAC得到DOM主要组分及荧光强度,在对水样的无机、无机-有机数据集进行主成分分析(PCA)后,使用随机森林算法(RF)分别构建无机指标判别模型和无机-有机综合指标判别模型;并对8个待测水样的类型也进行了正确的判别。结果表明:综合判别模型的性能总是优于无机判别模型;在综合模型下,RF算法的平均精度、平均查准率、平均召回率和f1调和指数分别达到了93.14%、94.79%、95.08%、93.73%,较无机模型分别提高了9.71%、11.84%、12.25%、11.5%,回代准确率为98.63%;无机-有机综合指标能够显著提高煤层顶板涌水水源判别准确率。

蒙陕接壤浅埋煤层区矿井水水化学特征及资源化利用研究

蒙陕接壤区浅埋煤层下组煤与上组煤开采所产生的大量矿井水在水化学与水质特征方面有着明显差异。为准确掌握下组煤开采前后矿井水水质变化特征,采集了该区域上组煤水样12组、下组煤水样12组,共计24组水样,进行水质全分析,分析了一般水化学特征、离子组分浓度及主要离子占比的变化特征与控制因素,并利用层次-综合污染指数法进行水质评价,根据评价结果对矿井水资源化利用进行讨论。研究结果表明,下组煤产生的矿井水TDS值升高,水化学类型由上组煤矿井水的HCO_(3)·Cl-Na型变化为HCO_(3)·SO_(4)-Na·Ca型,矿井水中阳离子均以K^(+)+Na^(+)为主,阴离子中由以HCO_(3)^(-)与Cl^(-)为主转变为以SO_(4)^(2-)与Cl^(-)为主,水动力条件与溶滤作用强度是引起这一变化的主要因素。水质评价结果显示,上组煤矿井水水质整体优于下组煤矿井水水质,研究区矿井水不适宜作为生活饮用水与灌溉水使用,建议按采区进行水质清污分流,Ⅱ~Ⅲ类较清洁矿井水作为矿区生活清洁用水或工业生产用水。