前言 1
第一章 绪论 1
1.1 煤矿水害事故概要 1
1.1.1 煤矿水害事故类型 1
1.1.2 皖北矿区水害事故简况 3
1.2 煤矿水害事故的识别技术 4
1.2.1 国外的研究 5
1.2.2 国内的研究 6
1.3 煤矿突水预兆案例及本书的研究思想 10
1.3.1 河南焦作矿区煤矿突水预兆案例 11
1.3.2 山东肥城矿区煤矿突水预兆案例 11
1.3.3 皖北矿区煤矿突水预兆案例 12
1.4 本书的研究思路及研究内容 14
第二章 水文地球化学在煤矿防治水中的应用及发展 17
2.1 引言 17
2.2 煤矿水文地球化学的应用 19
2.3.1 常规水化学 21
2.3 煤矿水文地球化学的研究现状 21
2.3.2 微量元素水文地球化学 24
2.3.3 环境同位素水文地球化学 25
2.4 煤矿水文地球化学的发展趋势 27
2.4.1 拓展煤矿常规水化学的研究空间 27
2.4.2 发挥微量元素识别水源的优越性 28
2.4.3 增强环境同位素解决复杂水文问题的可操作性 29
3.1.1 区域自然地理 32
3.1.2 矿区内井田分布 32
3.1 矿区水文地质背景条件及特征 32
第三章 采样与测试 32
3.1.3 区域地质背景 33
3.1.4 区域含水层 37
3.1.5 区域隔水层 38
3.1.6 区域地下水水循环 38
3.2 采样 39
3.2.1 采样层位及其水文地质特征 39
3.2.2 采样点位置 45
3.2.4 水样的采集与保存 46
3.2.3 深孔取水器 46
3.3 测试 47
3.3.1 常规水化学测试 47
3.3.2 微量元素测试 47
3.3.3 环境同位素测试 50
第四章 地下水常规水化学特征及演化 57
4.1 主要突水含水层水化学一般特征 57
4.1.1 四含水 57
4.1.2 煤系水 58
4.1.3 太灰水 60
4.1.4 奥灰水 61
4.2 矿区地下水化学成分的形成作用 62
4.2.1 岩石化学组分对四含水化学成分的影响 62
4.2.2 岩石化学组分对岩溶地下水化学成分的影响 63
4.3 矿区地下水中特征离子的确定 65
4.3.1 常规水化学分析数据 65
4.3.2 各含水层的特征离子 67
4.4.2 水循环特征 69
4.4.1 水质运移梯度场理论基础 69
4.4 水质浓度梯度场分析 69
4.5 岩溶水Ca2＋水化学平衡分析 71
4.5.1 岩溶水常规离子与TDS的关系 71
4.5.2 岩溶水系统Ca2＋与HCO？、pH值关系 73
4.5.3 岩溶水系统Ca2＋水化学平衡模型的建立 74
4.5.4 岩溶水系统Ca2＋水化学平衡特征 75
第五章 突水水源常规水化学识别模式 77
5.1 引言 77
5.3 利用Piper三线图识别水源 78
5.2 利用SO？－与Cl－的关系识别水源 78
5.4 突水水源的模糊识别 79
5.4.1 模糊识别基本原理 79
5.4.2 数学模型的建立 79
5.4.3 模糊识别法在任楼煤矿的应用 80
5.5 水源识别的QLT法 84
5.5.1 数学描述 84
5.5.2 判别实例简介 86
5.6.1 系统聚类逐步判别分析模型的建立 89
5.6 系统聚类逐步判别分析识别模式 89
5.6.2 含水层系统聚类分析 92
5.6.3 含水层逐步判别分析 95
5.6.4 逐步判别法在任楼矿的应用 97
5.7 灰色理论在水源识别中的应用 101
5.7.1 灰色理论预测水位的变化 101
5.7.2 灰色关联度法识别突水水源 102
5.7.3 应用实例 103
6.1.1 化学元素的地球化学分类 106
6.1 引言 106
第六章 地下水微量元素水文地球化学特征及演化 106
6.1.2 微量元素在沉积岩中的分布特征 107
6.1.3 微量元素在地下水中的形成 112
6.1.4 微量元素在地下水中的迁移 113
6.2 微量元素测试结果 117
6.3 微量元素水文地球化学特征及演化 117
6.3.1 微量元素与常规离子的相关性 117
6.3.2 微量元素与pH值的关系 122
6.3.3 地下水中微量元素与地壳岩石中微量元素平均丰度的关系 123
第七章 突水水源微量元素识别模式 127
7.1 地下水的微量元素成因模式 127
7.1.1 主成分分析模型的建立及基本原理 127
7.1.2 地下水中微量元素主成分分析过程 128
7.2 特征微量元素水源识别模式 132
7.2.1 特征微量元素的选择 132
7.2.2 特征微量元素与含水层的关系 137
7.3.1 Bayes多类线性判别模型的建立及其基本原理 138
7.3 微量元素Bayes多类线性判别分析 138
7.3.2 特征微量元素与常规离子Bayes多类线性判别分析比较 139
7.3.3 由常规离子修正的特征微量元素Bayes多类线性判别分析 141
第八章 地下水环境同位素水文地球化学特征及演化 144
8.1 含水层氢氧稳定同位素水文地球化学特征及演化 144
8.1.1 几个基本概念 144
8.1.2 矿区地下水氢氧稳定同位素测试结果 144
8.1.3 大气降水氢氧稳定同位素分布特征 145
8.1.4 突水含水层氢氧稳定同位素特征 149
8.1.5 水力联系的氢氧稳定同位素分析 156
8.2.1 放射性同位素氚 157
8.2 突水含水层放射性同位素氚水文地球化学特征 157
8.2.2 地下水放射性同位素氚测定的实验分析方法 159
8.2.3 矿区主要突水含水层水循环氚含量分析 162
第九章 突水水源的环境同位素识别模式 166
9.1 环境同位素地下水混合模式 166
9.2 环境同位素地下水成因模式 167
9.2.1 大气降水高度效应与温度效应模型 167
9.3.1 氢氧稳定同位素δ值与常规水化学指标的关系 168
9.2.2 矿区地下水补给区平均标高与温度计算 168
9.3 矿区地下水的环境同位素识别模式 168
9.3.2 氚含量与常规水化学指标的关系 173
9.3.3 环境同位素及常规水化学指标综合识别模式 173
第十章 研究成果的工程应用 177
10.1 利用碳酸平衡分析法识别断层带导水性 177
10.1.1 阜凤推覆体岩性及断层带物性条件 178
10.1.2 断层带水文地球化学作用与导水性 179
10.2.2 首采工作面的开采条件及突水情况 181
10.2 在皖北煤电集团公司祁东煤矿的应用 181
10.2.1 概况 181
10.2.3 突水水源识别 182
10.2.4 防治四含水的技术途径 183
10.3 在淮北矿业集团公司桃园煤矿的应用 183
10.3.1 概况 183
10.3.2 对四含水的认识 184
10.3.3 防治水措施 185
10.4.2 7218工作面涌水情况 187
10.4.1 概况 187
10.4 在皖北煤电集团公司任楼煤矿的应用 187
10.4.3 7218工作面涌水水源判别与防治 188
10.5 在淮北矿业集团公司芦岭煤矿的应用 192
10.5.1 概况 192
10.5.2 对四含富水性的认识 193
10.5.3 四含水的防治 194
致谢 197
参考文献 198