基于Piper-层次聚类-灰色关联度的突水水源识别

快速准确地识别煤矿突水的来源对于煤矿安全开采十分重要,是煤矿防治水的基础工作。基于Piper三线图-层次聚类-灰色关联度的综合方法对甘肃省某煤矿的突水水源进行了识别。工作面井下排水、断层裂隙水和顶板砂岩裂隙水的水化学类型均为SO_(4)-K·Na型水,地表水水化学类型为SO_(4)·HCO_(3)-Ca型水。在Piper三线图中,井下排水与其他类型水在图中的距离较远,初步判断井下排水是来自多种水源的混合水。通过层次聚类分析得到煤层开采产生的井下排水与顶板砂岩裂隙水以及断层裂隙水的水质特征相对距离较近,特征类似。最后,采用灰色关联度判别模型进行判断,结果表明煤层顶板裂隙水以及断层裂隙水与井下排水的关联度较好。综合上述3种方法可知,工作面开采产生的井下排水主要来源于顶板砂岩水和断层裂隙水,与地表水的关系较小。推测可能是在开采过程中地层扰动导致的顶板水补给以及导水裂隙带导通孔隙水补给。因此,顶板含水层和导水裂隙带的研究与探查是该煤矿今后防治水工作的重点。

煤矿区地表水与矿井水水力联系判断及水源识别方法研究

煤矿矿井水随意排放将对区域地表水体系造成污染,同时被动式的采空区积水通过导水裂隙也可能造成地表水体系污染风险,为保障矿山地质环境安全,在鄂尔多斯马泰壕煤矿开展开采沉陷区积水水源识别方法的研究,在开采沉陷区地表及煤矿水文孔采集大量水样充分分析了其化学特性。在此基础上采用Piper法、聚类法分析、灰色关联度法、主成分分析法和RBF神经网络法,对水源进行了识别与分析,研究表明地表积水与潜水具有一定的水力联系,但工作面涌水和采空区存水与沉陷区积水之间不存在水力联系。研究结果可为煤矿开采沉陷区水源识别分析过程提供依据,同时为煤矿区水污染防治与环境评估方法的研究提供思路与方法的借鉴。

贵州省毕节市米底河地热特征及形成机理

研究地热资源形成机理及水化学特征可为资源综合利用与开发提供参考。通过采集贵州省毕节市米底河水样进行水化学特征分析,采用Piper三线图、地温温标法和音频大地电磁等手段对米底河地下热水水化学和形成机理进行了研究。研究表明,该地区受平寨穹窿构造影响穹窿内节理构造极其发育,利于深部热水向穹窿内承压相对低区域运移,形成褶皱穹起构造对流型地下热水资源;通过区域断层探测,推断该区域存在5条断层破碎带(或者裂隙),其中F4与F13断层产状较陡,向下延伸较浅;F9比较明显,倾向北西;F1走向近似南北向,倾向北西,延伸较深;F17与F18反映较为明显,但是延伸较浅,推断F1断层具有良好的控热性,是地下热水上涌的有利位置;在平寨穹窿边部环带接受大气降水入渗补给后径流至2500 m深度内获得围岩的加热,并在上覆寒武系碎屑岩隔水、保温盖层的作用下,于震旦系灯影组白云岩中形成深部承压热储;水化学特征分析得出地热水属低矿化度水,地热井水源中Na^(+)为主要阳离子,占45%左右,其次为Ca^(2+)与Mg^(2+),占49%左右。阴离子中HCO_(3)^(-)占主体,SO_(4)^(2-)占39%,Cl^(-)几乎没有,因此地下热水水化学类型为HCO_(3)^(-)·SO_(4)^(2-)-Na·Ca型;根据玉髓温标得出地热井地下热水热储温度为53.98℃,地温梯度为2.85℃/100m,地下热水循环深度在2500 m左右。研究结果对贵州毕节地区地热资源开发利用具有较好的指导意义。

基于水化学特征离子的混合水突水水源判别方法研究

为探索适用于沁新煤矿矿井突水混合水类型判断的方法,在水化学特征离子主成分分析突水水源的基础上,进行了不同类型水质混合实验研究,并绘制Piper三线图;再通过水样点在图中的分布位置,结合二元、三元混合模型,探讨矿区突水水质类型。结果表明,根据不同含水层在水化学特征上的差异,运用矿井水源混合模型,联合混合水实测值图表落点叠加的方法,判断突水水源的适用性好、简洁易懂、准确率较高,易于判明涌水主要来源。

基于Piper-PCA-Fisher的矿井突出水源判别模型构建及应用

突水水源的高效准确判别是防治突水事故的关键,为提高矿井突水水源判别的可靠性,以临涣矿区水样数据为例,提出了一种基于Piper三线图、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与Fisher判别法的矿井突水水源判别模型。将6类化学离子实测浓度作为突水水源判别指标,通过确定评价集与4类水源中心的距离进行样本归类判别。研究结果表明:采用Piper三线图可剔除异常样本,最终确定以37组典型水样作为训练样本;利用主成分分析对判别指标进行降维,发现前3项主成分覆盖了原有指标信息的91.636%,能够有效表征样本水化学特征;利用Piper-PCA-Fisher判别模型回判37组训练样本并预测15组待测样本,回判准确率及预测正确率均为100%。Piper-PCA-Fisher判别模型可减弱指标间的关联度,在水样数据有限的情况下,可获得良好的判别效果。

榆神矿区地表水水化学特征及其影响因素分析

煤矿开采外排矿井水可能对地表水系水质产生影响,为了研究榆神矿区地表水的水质状况,采集了秃尾河和榆溪河沿程的地表水样各5组,采用数理统计法分析了地表水的水化学特征;运用Piper三线图分析了地表水的水化学类型及其主要离子组成特征;采用Gibbs图和离子相关关系等方法探讨了地表水主要离子的来源及其影响因素。研究结果表明:榆神矿区秃尾河水的TDS为404.32~794.17 mg/L,平均为529.68 mg/L,榆溪河水的TDS为303.73~434.77 mg/L,平均为356.88mg/L,均为弱碱性淡水。地表水阳离子均以Ca^2+和Na^+为主,秃尾河水的Ca^2+和Na^+平均质量浓度分别为63.33和46.63 mg/L,而榆溪河水的Ca^2+和Na^+平均质量浓度分别为61.08和16.44 mg/L;阴离子均以HCO3^-为主,秃尾河和榆溪河水的HCO3^-平均质量浓度分别为294.96和225.34 mg/L,地表水的水化学类型以HCO3^--Ca^2+为主。秃尾河地表水各水化学参数呈现从上游到下游逐渐降低趋势,而榆溪河地表水各水化学参数呈现从上游到下游逐渐升高的趋势。根据地表水中各化学指标间的相互关系矩阵可知,TDS与K^+、Na^+、Mg^2+、Cl^-、SO4^2-和HCO3^-都存在显著的正相关关系,说明这些离子均对TDS有明显的贡献。HCO3^-分别与K^+、Na^+、Ca^2+存在显著的相关关系,说明这些离子可能来源于同一样物质,可能来源于含钠硅酸盐的溶解。地表水中主要离子主要来源于硅酸盐的岩石风化溶解以及阳离子交换作用,其中SO4^2-、NO3^-和Cl^-的浓度局部较高,大部分浓度均较低,说明地表水局部地段受人类活动的轻微影响,但由于河流的径流、混合和稀释等作用,人类活动对地表水水质的影响有限。

基于水化学特征分析的象山矿井突水水源判别

为能够快速的、准确的识别矿井突水水源,减少煤矿人员伤亡和经济损失,以象山煤矿为例,应用Piper三线图法对井田内3组基岩含水层(奥陶系灰岩含水层、石炭系砂岩/灰岩含水层、二叠系砂岩裂隙含水层)中水质类型进行划分,采用水质分析对比和系统聚类分析相结合的方法,通过对井田内3组基岩含水层中28个水样进行的分析,获得了不同基岩含水层水的化学特征,根据水化学特征,将突水点处的待定水样和3组基岩含水层中的水样对比来判别矿井突水水源,同时提出了利用模糊聚类方法进一步确定矿井突水水源。研究结果表明,石炭系砂岩(灰岩)水和奥陶系岩溶水的水化学特征都与待定水样比较相似,不能轻易识别;聚类分析法能够排除干扰因素并最终精确判别矿井突水水源,即象山煤矿280排矸石门突水的水源为奥灰岩溶水,预测结果与实际相符,表明该方法针对矿井突水的水源判别具有较好的准确性。

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。

塔里木河流域地表水和地下水的转化关系

[目的]探究塔里木河流域地表水和地下水的转化关系,为该流域水资源形成机制研究和促进水资源合理开发利用提供科学依据。[方法]以氧同位素(δ^(18)O)作为示踪剂,采用稳定同位素技术和水化学原理分析了塔里木河流域地表水与地下水转化关系。2018年沿塔里木河上、中、下游采集了90组地表水样和地下水样,并测量相应的氘氧稳定同位素和水化学离子(Cl^(-),SO^(2-)_(4),HCO^(-)_(3),Ca^(2+),Mg^(2+),Na^(+)),运用Gibbs图和Piper三线图探测了塔里木河流域地上和地下水化学特征及其转化关系。[结果]①地下水和河水的δ^(18)O值具有不同的变化情况:地下水δ^(18)O值随着流向呈现明显的逐渐富集特点,而地表水则变化较小。通过总溶解固体(total dissolved solids,TDS)的沿程分析可知,对于上游地下水而言,由于河水下渗补给,加上侧向径流影响,δ^(18)O呈现了大幅下降。随着河水补给的增加,其值不断富集。对于地表水而言,随着流向其δ^(18)O值逐渐下降,此时地下水呈现富集,说明此时期地下水能够对地表水产生补给。②根据地下水和河水测试数据分别建立地下水线和河水线方程,且二者斜率均小于大气降水线斜率,说明地下水和河水同位素组成受到一定程度蒸发作用影响。③塔里木河上游地下水向地表水补给平均速率为1.76 m^(3)/(d·m),中游地下水向地表水补给平均速率为1.71 m^(3)/(d·m),下游地下水向地表水补给平均速率为1.65 m^(3)/(d·m)。[结论]地表水—地下水的频繁转化是塔里木河流域水资源循环的主要特征,地下水补给是河流水资源的主要补给来源。

东平湖水化学特征及成因分析

地表水化学参数特征及其成因分析是地表水资源评价与管理的重要组成部分。为研究泰安市东平湖水化学特征及成因,采用空间插值、Piper三线图、Gibbs图以及相关性分析等方法,探讨了研究区不同月份、不同类型东平湖地表水水化学组份特征及影响因素、各离子的来源等问题。结果显示,东平湖湖水属于碱性水体,TDS时空分布差异显著,10月份总体浓度最高,8月份最低;6月湖区TDS含量从湖区东南向西北逐渐递增,10月从湖心向南北两侧逐渐递增。研究区湖水主要水化学类型由SO_(4)-Na→SO_(4)-Na·Ca·Mg→SO_(4)-Ca型转变,该地区地表水的水化学类型易多变;水体中阳离子以Na^(+)为主,Ca^(2+)稍次之,阴离子以SO_(4)^(2−)为主;水体中K^(+)和Na^(+)来源于大气环流所携带的海盐,HCO−3和Mg^(2+)可能来自白云岩等碳酸盐岩或黑云母的风化溶解,SO_(4)^(2−)则主要来源于人类活动,少量来自石膏溶解,Ca^(2+)则来源于钙长石的风化以及石膏的溶解。由此可见,东平湖水体离子组分基本来源于蒸发结晶,部分组分来源于岩石风化,大气降水的输入作用十分微弱。

乌东煤矿地下水水化学特征及其指示

为了研究乌东煤矿煤层顶板含水层之间的水力联系,采用了统计分析、Piper三线图、Gibbs图等方法定性分析了基岩地下水、第四系地下水以及地表水之间的水力联系。利用不同水体的Cl-浓度差异性,计算了相邻含水层之间的水力联系度,定量判别了它们之间的水力联系程度。结果发现,所有地下水样品的p H介于7.1~8之间,都为弱碱性水。随着含水层埋深的加大,地下水TDS逐渐增大,地表水和第四系地下水TDS均低于基岩含水层地下水。基岩地下水、第四系地下水和地表水主要的水化学类型分别为Cl·SO_(4)-Na、HCO_(3)·SO_(4)-Na·Ca、SO_(4)·Cl·HCO_(3)-Na和SO_(4)·Cl·HCO_(3)-Na·Ca。基岩地下水样品受到浓缩作用影响,地表水和第四系地下水受到岩石风化-蒸发影响。同时研究区地下水和地表水中还发生了阳离子反交换作用。第四系地下水和地表水的联系度为0.361,联系程度为中等;第四系和基岩地下水之间的联系度为0.404,联系程度为低。此结果可为后期矿井涌水量预计及防治水工作提供参考依据。

小王家铁矿大尚家矿区矿坑涌水水源识别分析

以小王家铁矿大尚家矿区为例,采用piper三线图解法和动态模糊聚类分析法识别小王家铁矿大尚家矿区矿坑涌水水源。分析认为,涌水水源主要是芜湖长江水和运漕河水等地表水的可能性最大,而且水量不大。

基于水化学特征分析的矿井突水水源判别

为快速、准确地判别矿井突水来源,给矿井水害防治措施的制定提供依据,迫切需要对矿区内地下水的水化学特征有一个清晰的认识。以永陇矿区麟游区为例,通过对区内不同基岩含水层以往水质资料的整理分析,应用Piper三线图法对白垩系含水层和侏罗系含水层水的水化学特征进行了研究,获得了不同含水层水的水化学特征库。利用麟游区水化学特征库,对区内不同矿井的涌突水来源进行了判别,并用系统聚类分析法对判别结果进行了验证。结果表明,所建立的水化学特征库能够较好地对研究区矿井涌突水源进行识别,认为A矿涌突水来源为侏罗系含水层;B矿第一次涌突水来源主要为侏罗系含水层,且有部分白垩系含水层水参与,第二次涌突水来源为侏罗系含水层。识别结果与实际相符,可为永陇矿区相邻矿井提供借鉴。

基于Piper-PCA-Fisher模型的矿井突水水源识别

矿井水害的发生时刻威胁着煤炭的安全生产,同时也造成了严重的经济损失。为了迅速和准确地识别突水水源,选用Piper三线图对采自矿区突水含水层的41个水样进行筛选,得到32个典型水样作为训练样本,采用主成分分析法提炼出3个主成分作为判别指标,建立了水源判别模型;采用留一交叉验证法对模型的预判分类稳定性进行评价,模型对样本总体分类的准确率达到81.3%。并对焦作矿区11个未知水样进行水源判别,错误1个。并将预测结果与Fisher模型进行对比。结果表明,基于Piper-PCA-Fisher的判别模型能有效提高判别精度,为矿井安全生产提供保障,为矿井开展防治水工作及地下水资源合理开发利用提供理论依据。

巧家县龙洞地下河岩溶水系统及其补给关系分析

基于云南省巧家县荞麦地河流域岩溶水文地质调查之上,主要对整个流域的一个岩溶水子系统即龙洞地下河岩溶水系统的地下水补给关系进行分析研究。首先通过其区域的水文地质特征及实地调查分析,确定其地表水渗漏为地下水补给重要来源,然后对该岩溶水系统的水样数据进行水化学分析,运用Auto CAD软件绘制Piper三线图,使用三线图示法分析该岩溶水系统地表水和地下水水化学特征,进一步验证区域内地表水和地下水的补给关系和联系。

南屯煤矿下组煤主要充水含水层水化学特征研究

该文对南屯煤矿下组煤主要充水含水层十四灰和奥灰的水化学特征及其成因进行了分析。这对研究两个含水层地下水之间的水力联系,判别矿井生产过程中突水的水源具有重要意义。

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%。

基于Piper-PCA-MLP神经网络的矿井涌水水源识别方法研究

为了快速准确地识别矿井涌水水源,提出一种基于Piper-PCA-MLP的矿井涌水水源判别模型。以乌东煤矿为例,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,筛选了来自矿区不同涌水含水层的23个水样,获得了22个代表涌水含水层的典型水样。选用Na^(+)+K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-)和TDS八种水化学指标作为判别指标,考虑到乌东煤矿含水层水质边界不明显和水化学组分差异性不大的特点,选择MLP神经网络作为模型识别的基础,为了解决MLP神经网络在面对高维数据时训练收敛较慢,建模时间较长等缺点,使用主成分分析算法对数据进行降维,提取三种主要指标作为判别因子。以22组水样数据中17组作为训练样本,5组作为测试样本建立PCA-MLP模型,为了凸显模型的可靠性和准确性,选取同一样本集对水样数据分别建立PCA-层次聚类模型、MLP、PCA-RBF模型,并对其判别结果进行分析比较。结果表明:经过PCA降维的MLP神经网络能够有效消除水样水化学指标间的相互影响,对第四系孔隙潜水,地表水判别正确率均为100%,对基岩裂隙孔隙水的判别正确率为92.3%,明显优于其它方法,可为矿井涌水水源的识别提供一种新方法。

利用水化学特征识别朱庄煤矿突水水源

通过详述朱庄煤矿造成主采煤层突水的各含水层的水文地质特征,对其中的砂岩含水层和灰岩含水层的水质进行取样分析,利用K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、德国度、TDS等常规测验,分析各含水层之间离子组成的差异、水化学类型的不同,提出离子毫克当量百分比、Piper三线图、Gibbs图等方法,对矿井突水水源进行快速识别。结果表明,这3种方法能够直观、快速、准确地识别朱庄煤矿突水水源。

神东矿区矿井水水化学特征及其灌溉适宜性评价

矿井水水化学特征决定着其处理工艺及其成本。以神东矿区为研究对象,采集了12组矿井水样品进行测试,采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、各离子间相关关系,确定了其水化学特征及其影响机制。结果表明,矿井水样品的pH值为7.64~8.48,TDS为275.13~3090.14 mg/L,F^(-)浓度最高为6.75 mg/L,绝大部分矿井水为高氟、高矿化度水;在空间上呈现了西北高、东南低,随埋深增大,TDS和F^(-)浓度逐渐升高的趋势;主要水化学类型为HCO_(3)·SO_(4)·(Cl)-Na及HCO_(3)·SO_(4)·(Cl)-Na·Ca。煤层埋深较浅,易接受补给的矿井水主要受岩石风化控制,反之,主要受浓缩作用控制。同时矿井水还发生了阳离子反交换作用。其用于灌溉的盐碱害较严重,综合EC值、SAR以及钠百分含量指标,判定矿井水大部分为不适合灌溉用水。研究为后期制定矿井水处理工艺及高效利用方案提供参考。