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采动条件下多元水化学演化特征及主要突水水源识别

于钟博  
【摘要】:矿井突水问题会对煤矿造成重大生命财产损失,一直是困扰煤矿安全生产的重要隐患。突水后,水源问题是首要考虑的,因此,矿井突水水源的快速识别,以及突水模式的准确判别,对于矿井防治水工作以及安全生产有着十分重要的意义。本文以裴沟煤矿作为研究对象,通过现场钻孔定视技术分析了底板破坏规律,运用了MODFLOW数值模拟软件模拟分析了有无断层条件下采动对地下水渗流场影响;基于对研究区历年和研究期间测试的水化学资料收集和整理的基础上,进行了主要突水含水层水化学常规离子含量变化的分析和氢氧同位素特征的分析;建立了Fisher判别模型以及BP神经网络水源判别模型,通过系统聚类分析法,验证了含水层间的水力联系,提出了研究区主要的突水模式。研究的内容和结果如下:(1)采用钻孔定视技术现场实测对比分析了不同掘进条件下对底板的扰动影响,获得了大量不同深度围岩变形特征的对比图像资料,获得了该条件下的掘进底板扰动破坏深度,并通过MODFLOW数值模拟软件,建立了有断层和无断层条件下的采动影响地下水渗流场模型,对研究区渗流场进行了模拟,发现了断层相较于采动裂隙对地下水的影响更大,分析了含水层间的水力联系。(2)通过对常规离子进行Piper三线图分析,得到了研究区主要含水层的水质类型,通过对常规离子进行含量变化分析以及离子组合比分析研究,获得了主要含水层特征离子的变化规律;通过氢氧同位素分析,发现了研究区含水层氢氧同位素的变化规律以及来源。(3)通过SPSS软件,建立了研究区突水水源识别的Fisher判别模型以及BP神经网络判别模型,并对两个模型准确程度进行了对比,实现了研究区突水水源的判别工作,运用系统聚类分析法,验证了L_(7-8)、L_(5-6)含水层和L_(1-4)、O_2含水层间具有较好的水力联系。(4)分析了常规的底板含水层突水模式,结合研究区分析结果,对研究区可能存在的主要突水模式进行了讨论和分析。本文共66个图,23个表,112篇参考文献


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