新庄孜井田地下水化学特征及突水水源快速判别模型

摘要

矿井水害是我国包括煤矿在内的各类矿床开采中经常遇到的主要地质灾害之一，也是制约矿区生产活动和可持续发展的重要因素，因此，如何快速准确地识别矿井突水水源就显得尤为重要。本文选取淮南煤田老矿区新庄孜井田作为研究对象，采用理论分析结合现场应用的研究方法。收集整理了井田多年的水文地质资料和水化学资料，并结合井田历年来的水质观测资料，合理布点、取样、检测，对井田内各主要突水含水层的常规水化学特征及同位素、微量元素地球化学特征进行了分析，得出以下结论： (1)对各充水含水层的水质类型和离子分布特点对比找出充水含水层的特征离子，得出煤矿突水水源快速判别特征离子模型：如果[Ca2+]<30mg/L，[Mg2+]<15mg/L，并且[Na++K+]>300mg/L，该水样判定为煤系水，据此对煤系水的判别正确率为70％；奥灰水的Cl-当量百分数较其他含水层高，一般大于35％，据此对奥灰水的识别正确率在65％以上；而[SO42-]若大于500mg/L则可将其判定为老空水。 (2)选取井田典型勘探线VIII-IX线对井田垂向水化学特征作了分析，发现Ca2+浓度在垂向上有逐渐减小的趋势，而Na+浓度则明显随深度增加而增大。 (3)对微量元素进行取样检测，共检测51种微量元素，分析发现灰岩水中Ba含量较其他含水层高，而U含量较低；煤系只有一个水样，其As、Se、Mo含量都较另外两层高出很多；老空水中Sr含量较高，大于2150μg/L。对13种典型元素进行统计分析，主要有相关分析、主成分分析和聚类分析，主成分分析得到3个主成分，可以认为第一主成分与水.岩间的相互作用和大气降水蒸发补给有关，第二主成分为矿区地表水经构造裂隙通道对地下水的直接补给作用影响；第三主成分与流经本区的地表水体对井田地下水的补给有关。对同位素的研究发现本区的地下水主要补给来源是蒸发后的大气降水，同时有少量地区为大气降水直接补给。 (4)在对主要突水含水层做出水化学分析的基础上，分别选用六大离子和六大离子+总硬度+暂时硬度+pH作为指标，在研究区建立灰色关联度模型和Bayes多类判别快速判别模型并对两种模型结果进行比较，最后得出结论：两种模型的判别准确率都在70％以上，建议选用9个指标时的Bayes模型，可以较好的对新庄孜井田的突水水源进行识别，实现井下突水水源的快速判别。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1课题意义

1.2国内外现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章研究区概况

2.1自然地理概况

2.1.1井田地形及交通

2.1.2水文

2.1.3气象

2.2矿井地质

2.2.1地层概况

2.2.2构造

2.3井田水文地质概况

2.3.1区域及矿井水文地质概况

2.3.2含水层和隔水层

2.3.3控水构造带

2.3.4矿区地下水的补给、径流与排泄

2.3.5灰岩富水性分区

第三章新庄孜井田常规水化学特征

3.1概述

3.2充水含水层离子分布特征分析

3.2.1 Piper图分析

3.2.2各含水层水化学特征

3.3垂向水化学特征研究

3.3.1垂向水质变化

3.3.2.平面水质特征

3.4本章小结

第四章新庄孜井田微量元素和同位素水文地球化学特征

4.1概述

4.1.1微量元素研究概述

4.1.2同位素研究概述

4.2微量元素地球化学特征研究

4.2.1取样与测试

4.2.2突水含水层微量元素总体特征分析

4.2.3突水含水层微量元素统计分析

4.3同位素水文地球化学特征研究

4.3.1取样与测试

4.3.2同位素水文地球化学特征

4.4本章小结

第五章矿井突水水源快速判别模型

5.1模型概述

5.1.1灰色关联度模型

5.1.2 Bayes判别分析模型

5.2新庄孜井田突水水源快速判别模型应用

5.2.1灰色关联度模型判别

5.2.2 Bayes多类线性判别模型

5.2.3两种模型判别结果比较

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

附表

参考文献