一种快速判别矿井充水水源的矿井水源指纹图法

摘要

本发明公开了一种快速判别矿井充水水源的矿井水源指纹图法。利用矿井现场所取水样进行水质化验及物理特征参数测试，取得水化学指标、物理指标及水物理化学指标参数，亦可利用矿用水文参数仪到矿井出水现场直接测定所需参数；将上述水样各项测试参数数值标记在水源指纹图底图上，把各个标记点连接形成图形，再把图形进行填充就形成了某一类型水源的水源指纹图；在区域内建立各种水源的水源指纹图样本，把需要判别的水源水源指纹图按照样本进行对比就能快速地判定水源类型。本发明为解决寻找突水水源问题开辟了一条全新的途径。

说明书

技术领域

本发明涉及水质分析与水源鉴别方法领域，特别是一种快速可靠判别矿井充水水源的矿井水源指纹图法。

背景技术

矿井水害是影响矿井安全生产的重大隐患，在我国，几乎所有矿井都面临不同程度的水患困扰。而对于水患防治最重要的基础就是要确定出水的水源，从而采取合理的防治措施及对策。对于水源的判别，目前主要的方法有二种:其一为水质分析法，采集水样进行水质化验，按照水化学指标进行对比来判定水源；其二是现场经验法，根据现场的出水颜色、浊度、嗅觉、味觉、水温、水压等特征，通过经验判别水源。

常规水源判定需要把现场实际经验和水质分析报告综合研究，由于地下水动力的复杂性、含水层的相互渗透作用，常存在论证周期长、效率低等问题 。通常要求有丰富经验的矿井水文地质工程师才能胜任，且易受到人为因素干扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述矿井充水水源快速判别难、依据不充分的实际问题，提出一种以水源化学成分及物理特征为依据、兼具现场经验法和水质分析法的功能快速、准确判断水源的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种快速判别矿井充水水源的矿井水源指纹图法，通过以下步骤实现：

（1）获取判断水源的指标参数，对矿井相关区域水质取样并进行水质化验及物理特征参数测试，取得所需测试参数，或采用矿用水文参数仪直接测量获取测试参数；

（2）将测试参数作为坐标维数，从同一个原点发出放射状坐标轴，每一坐标轴刻度代表其指标值大小，各坐标轴间隔等弧度或不等弧度布置，形成特定的指纹图坐标系；

（3）将矿井相关区域水样各项测试参数数值标定在指纹图对应坐标轴上，把各个标定点直线连接形成图形，再把图形进行颜色填充形成该水样的水源指纹图；并按上述步骤在矿井区域内建立各种已知水源的水源指纹图样本；

（4）把需要判别的相关区域或相邻区域内有出水的水源指纹图按照样本进行对比，经分析标定后与此水源指纹图样本相似，即可快速地判定水源类型。 

所述步骤（3）中，水源指纹图还包括交叉水源指纹图，所述交叉水源指纹图通过若干种水源的水质配比进行测试后，形成水源交叉的水源指纹图库，用于混合水源的动态判别。

所述测试参数包括水化学指标参数、物理指标参数和水物理化学指标参数。

所述水化学指标参数包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、CL^-、SO₄^2-、NO₃^-、HCO₃^-、pH值；物理指标参数包括压力和温度；水物理化学指标参数包括氧化还原电位及电导率。

所述步骤（1）中，判断水源的指标参数还包括经验指标，所述经验指标包括现场出水的颜色、浊度、嗅觉、味觉及透明度。

所述步骤（3）中，测试参数数值标定采用直测量值标定法、百分比标定法或综合标定法。

本发明的有益效果是：

第一，把现场出水特征用多种参数进行量化集成，包括水化学指标参数、物理指标参数、水物理化学指标参数和经验参数，不遗漏水源本身的可测信息，有效保障水源类型的多维性和特殊性；第二，将物理、化学等参数在同一个坐标系内展现，具有准确性高、形象生动、简单直观等直读特点；第三，结合现场水文参数仪，采用不出矿门的及时、有效的水质、水理参数，使得水源判别具有及时性；第四，为矿井水源判别提供了精细的指纹数字程序分析基础，可使矿井水源进行数字化判别。总之，本发明主要是开拓了一种新的矿井充水水源判别方法，通过水化学指标（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、CL^-、SO₄^2-、NO₃^-、HCO₃^-、pH值等）、物理指标（压力、温度）及水物理化学指标（氧化还原电位、电导率）相结合来鉴别矿井中不同类型的水源。通过把水源的各种化学指标、物理指标及物理化学指标在同一个坐标系下以数值和图形同时表示出来，形成直读式的水源指纹图。

附图说明

图1是本发明原理框图。

图2是本发明的直测量值水源指纹图底图。

图3是本发明实施例一的水源指纹示意图。

图4是本发明实施例二的水源指纹示意图。

图5是本发明实施例三的水源指纹示意图。

图6是本发明实施例四的水源指纹示意图。

 

具体实施方式

本发明利用矿井现场所取水样进行水质化验及物理特征参数测试，取得水化学指标、物理指标和水物理化学指标参数，亦可利用相关的矿用水文参数仪等专用仪器到矿井出水现场直接测定所需参数。

将测试参数（包括经验参数）做为坐标维数，从同一个原点发出放射状坐标轴，每一坐标轴刻度代表其指标值大小，各坐标轴间隔可以等弧度或不等弧度布置，形成特定的指纹图坐标系。将水样各项测试参数数值标记在水源指纹图对应坐标轴上，把各个标记点直线连接形成图形，再把图形进行填充就形成了该水样的水源指纹图。

在矿井区域内建立各种已知水源的水源指纹图样本，把需要判别的水源指纹图按照样本进行对比，就能快速地判定水源类型。交叉水源指纹图可以通过多种水源的水质配比进行测试后，形成水源交叉的水源指纹图库，用于混合水源的动态判别。

如图1、图2所示，本发明的原理为：从某一矿井区域进行水质取样；将取得的样品进行水质分析，获取水化学指标（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、CL^-、SO₄^2-、NO₃^-、HCO₃^-、pH值）、物理指标（压力、温度）及水物理化学指标（氧化还原电位、电导率）；将分析出的指标参数进行量化处理，并在本发明自主设计的水源指纹图底图（即图2）中对各量化参数进行标定，标定的方法有直测量值标定法、百分比标定法及综合标定法；将各标定点进行直线连接，形成多边形，并对多边形进行颜色填充，此多边形即为某一矿区某一特定水源的水源指纹图样本；相应地，对各特定水源进行分析、标定及连接后即可形成各特定水源的水源指纹图样本。

其中，直测量值标定法用于将分析出的指标参数直接标定于放射状坐标轴相对应的刻度上；百分比标定法，如图6所示的离子百分比标定法，以1L水中阴、阳离子的毫克当量总数各作为100%，按下式分别计算：某阴（或阳）离子毫克当量百分数（%）=（该离子毫克当量数/阴或阳离子毫克当量总数）*100%；综合标定法用于将直测量值及百分比值指标参数在水源指纹图底图上进行组合标定，以便灵活运用水源指纹图进行水源判别。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例一：如图3所示，为某一矿区砂岩含水层水源指纹示意图，其中A为该矿区的砂岩含水层水源指纹图黑色区域。在图中，各指标参数经分析后，得到相应的数值，如pH值为7。采用直测量值标定法对分析的水化学、物理及水物理化学指标参数各数值进行标定，标定点分别为a、b、c……m，将各标定点进行连接，形成黑色区域A，即为此矿区砂岩含水层水源指纹图样本。若在此区域或相邻区域内有出水现象，经分析标定后与此水源指纹图样本相似即可定性水源为砂岩含水层。

实施例二：如图4所示，与实施例一的不同之处在于，其为某一矿区灰岩含水层水源指纹示意图样本图，其形成的黑色区域为B。

实施例三：如图5所示，与实施例一的不同之处在于，其为某地地表水水源指纹示意图样本图，其形成的黑色区域为C。

实施例四：如图6所示，与实施例一的不同之处在于，其为采用离子百分比标定法对图3中水化学指标参数进行量化标定，并采用直测量值标定法对图3中物理指标、水物理化学指标参数进行量化标定的水源指纹示意图。

本发明主要是参考已有方法，通过一种简易的图解方式，直观、形象地把水质参数和经验参数同时显现。在矿井出水现场，通过仪器或经验量化水体、水样的各项化学及物理参数指标，形成一种依据这些参数数值大小变化的图案，此图案代表了出水水源的特征暨水源指纹。首先对矿井已知各种水源建立标准水源指纹图；在出水点进行参数检测后，形成现场水源指纹图，通过人工肉眼直读性对比或者由指纹程序数字对比，就可以快速准确判断出水水源的归属，确定出水水源及其交叉类型。在现场便可提交水源判定信息，从而有效指导矿井防治水工作。本发明对某一矿区的水质分析可采用矿用水文参数仪进行直接测量，从而得到相应的参数。判断水源的指标参数除了水化学指标、物理指标、水物理化学指标外，可加入经验指标，如现场出水的颜色、浊度、嗅觉、味觉及透明度等。各特定水源的水源指纹图样本形成后，可依据指纹分析方法技术对矿井充水水源判别提供精细可靠的指纹程序分析。

上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。