基于水化學(xué)特征的王莊煤礦突水水源判別模型研究.pdf

1、山西作為全國(guó)煤炭大省，突水事故時(shí)有發(fā)生，在突水防治方面研究較多，但利用水文地球化學(xué)方法結(jié)合數(shù)學(xué)模型防治水的研究卻幾乎沒(méi)有。礦井突水水害是嚴(yán)重制約礦井正常生產(chǎn)的常見(jiàn)災(zāi)害，如何能夠正確并且快速的判定煤礦的突水水源位置是有效進(jìn)行水害防治的最關(guān)鍵技術(shù)。以往的突水水源的判定只是通過(guò)簡(jiǎn)單的物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科和基本手段來(lái)決定，錯(cuò)誤率高且不準(zhǔn)確。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型結(jié)合水化學(xué)的手段越來(lái)越流行，原子吸收分光光度計(jì)可以檢測(cè)出百萬(wàn)分比濃度的數(shù)

2、據(jù)，非常穩(wěn)定精確，之后通過(guò)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)學(xué)模型處理分子化學(xué)的大數(shù)據(jù)，可以在宏觀上把握問(wèn)題的要點(diǎn)和本質(zhì)。這種微觀結(jié)合宏觀，再通過(guò)大數(shù)據(jù)分析問(wèn)題的方法非常適合安全要求越來(lái)越高的煤礦。
　　本文通過(guò)山西長(zhǎng)治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司2014年全年的水文地質(zhì)資料和2015年1月的涌水?dāng)?shù)據(jù)為研究對(duì)象。首先分析王莊煤礦的基礎(chǔ)水文報(bào)告和地質(zhì)資料，包括區(qū)域含水層，區(qū)域隔水層，井田內(nèi)含水層，井田內(nèi)隔水層等;其次分析王莊煤礦礦井內(nèi)突水水源的水化學(xué)特征、分

3、布規(guī)律、特征離子，計(jì)算王莊煤礦沖水強(qiáng)度;再次通過(guò)采用數(shù)學(xué)模型（多組逐步貝葉斯和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理）分別在MATLAB和SPSS軟件里面建立突水水源的判別模型，對(duì)比分析一年的突水水源水化學(xué)數(shù)據(jù)，算出兩種方法的準(zhǔn)確率;最后對(duì)王莊煤礦1月的未分類的5組突水水源數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，預(yù)測(cè)突水水源的位置。幫助煤礦采取快速有效超前的預(yù)防突水水害的措施。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴王莊煤礦的突水水源類型有四類:王莊煤礦二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組砂巖裂隙

4、含水層（簡(jiǎn)稱二疊系下統(tǒng)含水層）;王莊煤礦石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙及石灰?guī)r巖溶裂隙含水層由數(shù)層砂巖裂隙含水層（簡(jiǎn)稱石炭系上統(tǒng)含水層）;采空區(qū)積水;二灰及奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（簡(jiǎn)稱二灰及奧陶含水層）。⑵利用MATLAB和SPSS軟件，結(jié)合數(shù)學(xué)模型多組逐步貝葉斯和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立王莊煤礦突水水源判別模型。⑶對(duì)比分析一年前的突水水源數(shù)據(jù)，算出兩種方法的準(zhǔn)確率。并期的5組未分類數(shù)據(jù)進(jìn)行水源位置的判定。⑷利用同位素示蹤法驗(yàn)證判別涌水水源

5、位置的正確性。⑸通過(guò)治理方案前后涌水量變化再次驗(yàn)證判別模型預(yù)測(cè)水源位置的正確性。計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型結(jié)合分子化學(xué)的當(dāng)下最流行的方法。地下水的水質(zhì)類型的形成主要是井田內(nèi)含水層隔水層的類型不同，補(bǔ)給、徑流、排泄途徑的不同，貯存條件等的不同導(dǎo)致的。通過(guò)分析各個(gè)含水層的水化學(xué)特征，確定其水質(zhì)類型及標(biāo)志性元素或離子;根據(jù)每個(gè)含水層中典型陰陽(yáng)離子賦存情況，從而得出其分布規(guī)律;另外，隨著深度開(kāi)采，根據(jù)縱向上典型離子變化規(guī)律，得出各含水層及老窯積水可能

6、存在連通性，為以后的深度分析做鋪墊。新型礦井突水水源判別模型以分子化學(xué)為基礎(chǔ)，分析檢測(cè)突水水源水化學(xué)特征，之后在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)學(xué)模型處理分子化學(xué)的大數(shù)據(jù)，首先對(duì)比歸類，之后分析預(yù)測(cè)。該項(xiàng)目的研究對(duì)于礦井內(nèi)突水情況有著預(yù)測(cè)和監(jiān)督兩方面的作用。預(yù)測(cè)作用是指:礦井突水前，水離子的濃度、水位、PH值等等指標(biāo)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型里面的判別函數(shù)計(jì)算，結(jié)合MATLAB和SPSS軟件可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出突水水源類型。結(jié)合水文地質(zhì)圖，可以分析出突水水源位置，之后可以