一种针对井下出水水源快速判别方法与流程

1.本发明涉及矿井地下水分析技术领域，尤其涉及一种针对井下出水水源快速判别方法。

背景技术：

2.井下出水轻者影响采掘工程施工、增加排水量，重者可导致淹面淹井甚至人身伤亡，是仅次于煤尘瓦斯事故的最常见的灾害事故；
3.水害防治工作重点是查明充水条件(水源、通道和强度)，其中准确判断出水水源是制定针对性防治水措施、化解水害风险，最基本的也是最重要的前提条件，常见煤矿充水水源有地表水、松散层孔隙水、砂岩裂隙水、灰岩岩溶水、老空水甚至岩浆岩、变质岩裂隙水等，地下水中常见的特征组份包括七大离子(cl-、s0
42-、hc0
3-、c0
32-、k
+
+na
+
、ca
2+
、mg
2+
)以及矿化度(tds)、硬度、ph值等，主要水质类型有cl
·
hco
3-na或hco3·
cl-na、cl-na等，也包括其它常见离子含量参与命名的地下水类型，现有技术中，缺乏有效的手段来快速判别井下出水水源，因此，本发明提出一种针对井下出水水源快速判别方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出一种针对井下出水水源快速判别方法，该针对井下出水水源快速判别方法采用联合归类-逐步判别法，对相同水质类型进行归类，综合采用特征离子对比法、离子比例系数法，对不同含水层水源进行归类，再结合现场地质条件按先简单后复杂的原则，逐步判定水源类型。
5.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种针对井下出水水源快速判别方法，包括以下步骤：
6.步骤一：对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，按不同水源、不同水质类型进行统计分析，建立标准数据库；
7.步骤二：对未知水样化验，根据水样化验成果对比标准数据库，初步确定水质类型；
8.步骤三：采用特征组份对比法、离子比例系数法建立水源判别模式，将未知水样化验数据按同样的组份或离子比例进行比较，先简单后复杂逐步判断该水样反映的水源；
9.步骤四：结合取样时出水点的物理特征，利用未知水样特征组份与标准数据库相似出水点条件下的同水型水样进行比对，综合确定水源。
10.进一步改进在于：所述步骤一中，对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，具体通过离子含量柱状图对比法、piper三线图水化学类型图解法、schoeller水化学类型图解法、spss多元统计分析法，以此筛选出水质分析数据。
11.进一步改进在于：所述步骤一中，建立标准数据库后，对标准数据库中的水质类型进行分类。
12.进一步改进在于：所述步骤二中，对比标准数据库，具体与分类的水质类型进行对比，初步确定水质类型。
13.进一步改进在于：所述步骤三中，特征组份对比法具体为：根据未知水样的化验成果，选择明显可识别的单一组份特征通过快速判别模式对比标准数据库，初步确定水源。
14.进一步改进在于：所述步骤三中，当特征组份对比法不能确定时，再通过离子含量对比法和比例系数法组合特征，利用水源快速判别检验模式对比标准数据库，确定水源。
15.进一步改进在于：所述步骤四中，物理特征包括：水温、水压、水量以及出水点地层、构造地质条件。
16.本发明的有益效果为：
17.1、本发明采用联合归类-逐步判别法，充分利用已有水质分析资料统计分析，采用水源准确可靠的水质分析数据建立矿区地下水化学标准数据库、并选用特征组份建立水源快速判别模式，将未知水样水质分析结果通过数据库对比、判别模式分析，结合取样点出水时的物理特征综合判别，最终确定充水水源，使得判别更加准确。
18.2、本发明运用水质分析取得各组份数据，通过统计分析研究各类充水水源的特征组份，作为判断出水水源是松散层孔隙水、灰岩岩溶水、砂岩裂隙水或其它水源的依据，便于快速判别井下出水水源，解决现有技术中的难点。
附图说明
19.图1为本发明的流程图；
20.图2为本发明的案例一口孜东矿煤系砂岩水的阴阳离子平均值柱状图；
21.图3为本发明的案例二板集矿主要充水含水层piper三线图图。
具体实施方式
22.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
23.实施例一
24.根据图1所示，本实施例提出了一种针对井下出水水源快速判别方法，包括以下步骤：
25.对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，具体通过离子含量柱状图对比法、piper三线图水化学类型图解法、schoeller水化学类型图解法、spss多元统计分析法，接着按不同水源、不同水质类型进行统计分析，建立标准数据库，接着对标准数据库中的水质类型进行分类；
26.对未知水样化验，根据水样化验成果对比标准数据库，具体与分类的水质类型进行对比，初步确定水质类型；
27.采用特征组份对比法、离子比例系数法建立水源判别模式，将未知水样化验数据按同样的组份或离子比例进行比较，先简单后复杂逐步判断该水样反映的水源；特征组份对比法具体为：根据未知水样的化验成果，选择明显可识别的单一组份特征通过快速判别模式对比标准数据库，初步确定水源，当特征组份对比法不能确定时，再通过离子含量对比法和比例系数法组合特征，利用水源快速判别检验模式对比标准数据库，确定水源；
28.经过上述步骤，该未知水样被判定为松散层孔隙水、煤系砂岩裂隙水、灰岩岩溶水、采空区水中的一种；
29.结合取样时出水点的物理特征，包括：水温、水压、水量以及出水点地层、构造地质条件，利用未知水样特征组份与标准数据库相似出水点条件下的同水型水样进行比对，综合确定水源。
30.实施例二
31.实际应用中，以口孜东矿西翼5煤底板探放水孔异常出水和板集矿轨道二石门g3+13.2m处出水、板集矿南翼9煤顶板砂岩探放水孔涌水水源判别为例，说明如下：
32.案例一
33.口孜东矿西翼巷道掘进过程中，1413采区变电所施工11-2煤顶板砂岩钻孔中，多孔出水累计出水量近46m3/h，持续半年多仍在30m3/h左右；5煤底板探放水孔揭露山西组砂岩出水呈水量大、水压高、水温高和衰减缓慢特点，据井下放水试验时9孔累计放水量达115m3/h,至2021年6月底已累计放水量达20.5万m3，水压由最大8mpa下降至1.6mpa，水温基本保持在46℃。
34.将口孜东矿建矿以来的收集的太灰水、奥灰水、砂岩水、老空水等水质资料和2019年淮南潘二矿奥灰水出水的水质数据，利用piper图、durovr图、schoeller水化学类型图解法、离子比例系数法及spss多元统计分析法筛选水质分析数据。见图2。
35.西翼轨道大巷尾段钻场、1413采区变电所、140502工作面等处砂岩水水质资料(为常规砂岩水)，砂岩水阳离子以na
+
为主，阴离子以cl-和hco
3-为主。阳离子中ca
2+
和mg
2+
含量较小，质量浓度平均分别为21.4mg/l和11.2mg/l；阴离子中so
42-含量较低，平均值为23.2mg/l。砂岩水tds(矿化度减去二分之一碳酸氢根离子含量)为1195.6～1965.7mg/l，平均值为1631.7mg/l。砂岩水各常量指标含量分布相对较为集中。
36.据奥灰水抽水试验资料，奥灰水阳离子以na
+
为主，阴离子以cl-和hco
3-为主。阳离子中ca
2+
和mg
2+
含量较小，质量浓度平均值分别为31.4mg/l和12.2mg/l。阴离子中so
42-含量平均值为208.7mg/l。奥灰水tds平均值为2066.0mg/l。
37.而140505工作面探巷j2-1#孔、西翼轨道大巷x67西g1-3#孔、西翼主运输胶带机巷9-5#孔等处钻孔涌水(局部异常砂岩水)常量离子中，阳离子以na
+
为主，阴离子以cl-和hco
3-为主。阳离子中ca
2+
和mg
2+
含量较小，质量浓度平均值分别为47.4mg/l和28.6mg/l。阴离子中so
42-含量平均值为117.9mg/l。钻孔涌水tds平均值2043.7mg/l。
38.口孜东矿西翼主运与轨道两处放水点水质相比，除so4
2-外，各离子含量比较接近；而与1413变电所(11-2煤顶板)砂岩水相比，除na
+
+k
+
外，阳离子中ca
2+
和mg
2+
差异明显；阴离子中so
42-明显偏高；潘二矿各离子含量均偏高(除hco3-外)。综合以上特征分析：西翼5煤底板异常砂岩水水质中各特征组份含量介于常规砂岩水与灰岩水水质间。
39.根据井下巷道、钻孔揭露及物探探查和三维地震补勘及精细解释，该区域构造发育但未发现明显垂向导水构造，长期疏水后水量和水压均呈下降趋势。若按自然增温率计算，出水水温与原岩地温基本一致，跟踪取样分析水质基本稳定。结合该区地质及水文地质环境分析5煤底板砂岩出水层位基本为4煤下至1煤顶砂岩含水层出水，但水质与1煤顶板砂岩水相比，so
42-含量以及水质类型稍有差异，介于砂岩水与底板灰岩水之间，可能存在某种水力联系。
40.案例二：
41.至2019年共搜集板集矿单一含水层标准水化学数据91份，其中松散层四含水6份，砂岩水72份，太灰水11份，奥灰水2份。
42.首先采用阴阳离子平衡和和碳酸平衡方法对标准水化学数据进行检验，得到单一含水层实际有效标准水化学数据77条。接着采用piper三线图对板集矿几个主要充水含水层水化学特征进行分析，如图3所示。板集矿四含水、砂岩水、太灰水和奥灰水水化学特征相似，区分度不明显。阳离子均以na
+
为主，四含水和奥灰水阴离子中cl-占绝对优势，砂岩水和太灰水阴离子中多数水样以cl-为主，部分水样hco
3-含量较大。
43.针对板集矿四含水、太灰水和砂岩水水源识别问题，建立综合—逐步识别模型。对于某一待判单一含水层水样，采用特征离子对比法判断该水样是否为四含水，如是，则停止识别，否则进行第二步识别。采用fisher模型，识别该水样是砂岩水还是太灰水。
44.利用所建立的识别模型对板集矿轨道二石门g3+13.2m处连续采集的7个水样进行分类识别。基本判别为太灰水。该处出水层位虽在6煤顶，但水质类型与太灰高度同源，再结合该区yz-4补孔资料，基本判定水源为太灰水。
45.案例三：
46.板集煤矿南翼9煤顶板发育3～4层厚层或中厚层状细砂岩或石英砂岩，累计厚度14～48m，平均32m左右。井下探放水孔揭露时，f104-1断层南钻孔出水量4.3～70m3/h，水量大、水压高、持续时间长；而f104-1断层北仅少量钻孔出水，且水量小、持续时间短。表明板集煤矿9煤顶板砂岩含水层局部富水。
47.结合早期主井井筒施工期间出水及地层发育特点分析，其富水程度受埋深及盖层影响，埋深较浅时，风化或构造裂隙发育，并与松散层底含有水力联系，相对富水；而埋藏较深时，主要受构造裂隙控制，富水性相对较差，板集矿煤系地层自陈桥背斜轴向北至板集短轴向斜轴方向倾斜，9煤顶板砂岩埋深加大，富水性呈减弱趋势。
48.自2019.12.28井下南翼轨道斜巷放水以来，跟踪进行水质监测，搜集矿井四含4个水样、北翼放水7个水样和南翼6个水样，此外还有30-8孔一个水样。
49.松散层底含、北翼回风大巷及南翼轨道斜巷9煤顶板砂岩、30-8孔等水样分析结果表明：北翼探放水孔离子含量与松散层底含差异明显；而南翼与松散层底含较接近，甚至重叠；从矿化度分析：北翼水样2043.17～2276.79mg/l，南翼2253.97～2303.06mg/l，与松散层底含2300～2419mg/l相比，后两者更接近；但从ph值分析则9煤顶板砂岩水较接近(7.54～7.98)，而与松散层四含的7.98～8.91差异明显；从总硬度分析，松散层较低，为95～113mg/l，南翼91.43～137.10mg/l；而北翼较高，为283.16～298.91mg/l。
50.经水质对比结合板集井田煤系砂岩水总体水质特征分析：南翼水质与松散层底含水接近，均为cl-na型，各离子组份与煤系砂岩水稍有区别；北翼水质与本井田煤系砂岩水不相似度高，主要为cl
·
hco
3-na型，出水量小。从地层埋深分析：则南翼9煤顶板砂岩埋深浅，易受松散层底含水补给，局部富水性强。以上资料分析南翼9煤顶板砂岩水与松散层底含水基本同源。
51.利用本发明对跟踪分析的水质资料进行统计分析，联合归类，利用水化学标准数据库和快速判别水源模型对板集煤矿-735m轨道二石门g3点西13.2m处6煤顶板砂岩水样判别，认为出水水源为底板太原组灰岩岩溶水和南翼9煤顶板砂岩探放水孔出水量大、水温相
对低，水质类型与松散层度含水一致，基本相可以判别受上覆松散层底含水补给；新集一矿360805机巷遇断层揭露对盘砂岩地层出水，采用本发明的方法判断其水源为9煤顶板砂岩水；口孜东矿西翼5煤底板砂岩水水质介于煤系砂岩水与灰岩岩溶水间，虽然近期反映砂岩水特征，但应受到深部灰岩岩溶水的渗流补给，在实践中得到应证，为指导突水治理提供了可靠的依据。
52.该针对井下出水水源快速判别方法采用联合归类-逐步判别法，充分利用已有水质分析资料统计分析，运用水源离子含量柱状图对比法，piper三线图水化学类型图解法、spss多元统计分析法等方法筛选水质分析数据，采用水源准确可靠的水质分析数据建立矿区地下水化学标准数据库、并选用特征组份建立水源快速判别模式，将未知水样水质分析结果通过数据库对比、判别模式分析，结合取样点出水时的水温、水压、水量等物理特征及所处的地质水文地质条件综合判别，最终确定充水水源，使得判别更加准确，且本发明运用水质分析取得各组份数据，通过统计分析研究各类充水水源的特征组份，作为判断出水水源是松散层孔隙水、灰岩岩溶水、砂岩裂隙水或其它水源的依据，便于快速判别井下出水水源，解决现有技术中的难点。
53.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，按不同水源、不同水质类型进行统计分析，建立标准数据库；步骤二：对未知水样化验，根据水样化验成果对比标准数据库，初步确定水质类型；步骤三：采用特征组份对比法、离子比例系数法建立水源判别模式，将未知水样化验数据按同样的组份或离子比例进行比较，先简单后复杂逐步判断该水样反映的水源；步骤四：结合取样时出水点的物理特征，利用未知水样特征组份与标准数据库相似出水点条件下的同水型水样进行比对，综合确定水源。2.根据权利要求1所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤一中，对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，具体通过离子含量柱状图对比法、piper三线图水化学类型图解法、schoeller水化学类型图解法、spss多元统计分析法，以此筛选出水质分析数据。3.根据权利要求2所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤一中，建立标准数据库后，对标准数据库中的水质类型进行分类。4.根据权利要求1所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤二中，对比标准数据库，具体与分类的水质类型进行对比，初步确定水质类型。5.根据权利要求1所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤三中，特征组份对比法具体为：根据未知水样的化验成果，选择明显可识别的单一组份特征通过快速判别模式对比标准数据库，初步确定水源。6.根据权利要求5所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤三中，当特征组份对比法不能确定时，再通过离子含量对比法和比例系数法组合特征，利用水源快速判别检验模式对比标准数据库，确定水源。7.根据权利要求1所述的一种针对井下出水水源快速判别方法，其特征在于：所述步骤四中，物理特征包括：水温、水压、水量以及出水点地层、构造地质条件。

技术总结

本发明提供了一种针对井下出水水源快速判别方法，涉及矿井地下水分析技术领域，包括以下步骤：步骤一：对同一矿井已有水质分析数据进行筛选，按不同水源、不同水质类型进行统计分析，建立标准数据库；步骤二：对未知水样化验，根据水样化验成果对比标准数据库，初步确定水质类型；本发明采用联合归类-逐步判别法，充分利用已有水质分析资料统计分析，采用水源准确可靠的水质分析数据建立矿区地下水化学标准数据库、并选用特征组份建立水源快速判别模式，将未知水样水质分析结果通过数据库对比、判别模式分析，结合取样点出水时的物理特征综合判别，最终确定充水水源，使得判别更加准确。准确。准确。