《煤矿水害水源识别方法》

前言

为了进一步规范煤矿防治水工作，有效地防治煤矿水害，提高煤矿防治水工

作的科学性、系统性和规范性。多年来，山西省各大煤炭集团紧密结合煤矿防治

水工作实际，依据国家相关规程规范，结合企业的具体情况制定了一系列有关煤

矿防治水的管理文件及企业标准。同时一些国内及省内的知名技术服务单位为了

完成山西煤矿的技术服务业务与相关煤炭企业协同完成了一些技术管理成果。

为了更好地帮助省内煤矿防治水技术力量较薄弱的单位提升煤矿防治水工

作水平和技术水平，推动煤矿企业查清水文地质条件、水害威胁现状以及水患严

重程度，明确水害防范重点，提前采取针对性治理措施，以便更有效地保障煤矿

安全生产。山西省煤炭地质工程协会组织相关企业及专家依据山西省各大煤炭集

团及相关企业有关煤矿防治水的一些管理文件、企业标准、经验总结，按照国家

团体标准的编制要求，将一些针对性强、经过多数煤矿技术人员验证有可操作性、

煤矿防治水普遍适用、工作方法可重复的一些管理文件、企业标准、经验总结，

汇总编辑成为协会团体标准，便于推荐给相关单位参考使用。

本标准由山西省煤炭地质工程协会提出并归口。

本标准主编单位:

本标准参编单位:

木标准主要起草人员:

本标准主要审查人员:

本标准为首次制定。

1范围

本标准规定了煤矿水害水源识别需要的基础资料、水害水源识别的几种方法，

适用于相关单位在进行煤矿水害水源识别时参考。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注

日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的

修改单）适用于本文件。

《煤矿安全规程》（国家安监总局令第87号）

《煤矿地质工作规定》（安监总煤调〔2013〕135号）

《煤矿防治水细则》（煤安监调查〔2018〕14号）

GB／T8538饮用天然矿泉水检验方法

MT／T672煤矿水害防治水化学分析方法

MT／T201煤矿水中氯离子的测定方法

MT／T202煤矿水中钙离子的测定方法

MT／T203煤矿水中钙离子和镁离子的测定方法

MT／T204煤矿水碱度的测定方法

MT／T205煤矿水中硫酸根离子的测定方法

MT／T206煤矿水硬度的测定方法

3煤矿水害水源识别的基础资料

3.1建立不同充水水源的水化学信息的数据库

3.2查明不同充水水源的环境和水交替强弱的信息、在水化学特征上的表现，通

过水化学特征的分析研究，判别矿井突水来源。

3.3对于可能发生井下突水的矿井，应建立矿区各充水水源水化学分析档案，以

便有准备地应对突水事故，做到快速准确地判别水源。

3.4需要识别的水源，要针对采用的识别方法，积累相应的基础资料，提供足够

的分析样本数据，参与分析的数据要具有代表性。

4用主要离子的毫克当量比值判别突水水源

4.1以主要离子的毫克当量比值确定突水水源：

4.1.1对于矿化度较低的溶滤水，当rNa／rCl>1，则多属于砂岩裂隙水或第四系

冲积层水，rNa／rCl≈1多属于灰岩水，当第四系水与奥灰水质类型一致而难以

分辨时，应用该比值判别以上二种水源是一种有效的指标；(rNa—rCl)／rSO4>1，

rNa／rCl>1为砂岩水的特征，rNa／r(Cl+rMg)<1则可能有灰岩水混入。

2—

4.1.2水样SO4含量较高，rSO4／rCL>5为煤矿薄层灰岩水特征。但如矿化度较

高，pH值较低，则有可能为老窑水。

———2+3+—

4.2以水样中NH+、NO2、NO3、COD和部分微量元素Mn、Fe、Br、H2S等含

量值确定地下水的地化环境和氧化还原环境：

—2+2+

4.2.1地下水中含有NO2、Mn、Fe、H2S等组分，并且溶解氧很低甚至趋近于

痕量，则认为水源处于还原环境，其水交替迟缓，属于封闭性水源，这类水多属

于煤系水、老窑水，一般补给量有限。对于迳流条件较好，补给量丰富的奥灰水

—

一般不出现这类还原态的离子或组分。但在水源受污染时，则有可能出现NO2。

———

4.2.2地下水中NH4NO2NO3含量较高，表示水源与地表污染水有联系，如只出

——

现NO2NO3，则属于无机成因或水体虽受过污染，但已自净。含有Br、B，反映

水源处于特定的地化环境。

4.3煤矿总结的各种水体水质特征：

4.3.1地表水：PH大于8.0，矿化度低；

+-

4.3.2砂岩裂隙水、太灰水：一般以Na、HCO3为主要成分，PH大于8.3，矿化

度低，总硬度低，为HCO3—Na型水；

2+2+2--

4.3.2奥灰水：Ca、Mg、SO4为主要成分，PH呈中性，Cl含量低，矿化度低，

2-2+2+

总硬度高，一般为SO4—Ca+Mg型水；

4.3.3老空水：受其积存地质条件、积存环境及积存时间等的影响，水质变化较

大。典型的采空区积水水质特点为：呈酸性、总矿化度高，硫酸根离子、铁离子

（一般为二价亚铁离子含量极高，因此，采空区水暴露在空气中，二价亚铁离子

氧化为三价铁离子，生成Fe(OH)3黄色沉淀）。

5逐步Bayes判别法

5.1对主要水源分别取样，每个水源取测试水样10组，主要分析的离子和内容：

+＋2＋2＋--2--

Na、K、Ca、Mg、Cl、HCO3、CO3、CN、矿化度、COD、pH等。

5.2设有K个水源：G1，G2，…，Gk，…，Gk（k＞2，Gk表示第k个水源）。

(i)为第k个水源的第i个变量的第m个样本值。

Xkm

其中：

k=1,2，…，K(K为分类数）；

i=1,2，…，p（p为参考变量数）；

m=1,2，…，qk(qk为第k类观测样本数）；

k

（Q为样本容量）。

qkQ

k1

初始计算：经过一系列逐步判别后，最终L（L≤p）个水源判别变量入选，

将它分别用X1，X2，…，XL表示，则有判别方程：

L

(i)

f(x)lnpCx

kk0kCki

i1

其中pk为先验概率，且

qk

pk

Qk

L

(i)(j)

(Qk)e(i,j1,2,,L)

Ckijk

j1X

L

1(i)(i)

C

0kCkk

2i1X

Kqk

(i)(i)(j)(j)

()()

eijXkmkXkmk

k1m1XX

5.3判别突水水源，对矿井突水点进行采样，取5组突水水样，并分别对每组水

样进行水化学分析，分析的项目是7.2.1.2中所选取的L个变量。将待判样

品X的数据代人公式（3），计算fk(X)（k=l，2，…，K），fn(X)=max{f1(X)，

f2(X)，…fk(X)}，则该待判水样X判为第n（n1,2，…，K）水源。

6煤矿水害水源判定的其他方法

6.1煤矿水害水源判别方法主要有水温水位法、水化学分析法、数理分析法等。

6.1.1水温水位法是利用突水点的水温与具有突水隐患的含水层的水温进行对

比，对矿井突水水源进行初步预测，优点是操作简单，但其局限性大，主要在单

层突水和较少突水点的情况下使用；

6.1.2水化学分析方法（主要有常规水化学法、微量元素法、同位素法等）。常

规水化学方法适用于判别含水层水质特征变化明显、突水来源简单的矿井；采用

微量元素法选择特征组分时，特征组分须具有易检、稳定、显著等特点；同位素

法的优点在于能够准确、快速地反应矿区地下水的特征，并判断出矿井突水的主

要来源。

6.1.3数理分析法大多以水质数据为基础，以数学理论或构造函数进行水源判别。

目前在矿井突水水源判别领域的具体应用方法有多元统计法（判别分析法、聚类

分析法）和线性分析法（模糊数学法、灰色系统法、神经网络法、GIS理论法、

SVM法、可拓识别法等）。水化学与智能算法相结合已经成为水源判别研究的重

要思路。这些方法在实际工作中得到广泛了应用，原理和算法在国内公开文献都

能查阅到，一般推荐使用SPSS软件与其配合完成。

6.2各种水源判别方法都有优点和局限性，实际应用时需要根据各个煤矿的地质

条件，基础资料情况，选用合适的水源判别方法。

6.3识别结论的相互验证

实际工作中尽可能从水温水位法、水化学分析法、数理分析法中，选用两种

方法进行判别。判别结论必须相互一致，彼此验证，并画出相应的对比曲线进行

结果比较