劉德民，顧愛(ài)民，閆凱迪

(華北科技學(xué)院 河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101601)

我國(guó)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦井水害嚴(yán)重[1]。近年來(lái)，水害事故雖然呈下降趨勢(shì)，但重特大水害事故時(shí)有發(fā)生，礦井水害一直是制約煤礦安全高效開采的重要因素。礦井水源是突水三大要素之一，水源識(shí)別是煤礦防治水重要的工作[2]，準(zhǔn)確識(shí)別礦井水源不但可以指導(dǎo)制定針對(duì)性的水害防治措施，避免水害發(fā)生或減少水害損失，而且能夠在礦井發(fā)生突水后，為確定礦井突水救援工作原則提供重要支撐，有效提高救援效率，因此礦井突水水源識(shí)別在煤礦防治水、突水救援中均具有重要作用，意義重大。礦井水化學(xué)特性是地下水最本質(zhì)的特征，因此對(duì)地下水中水化學(xué)成分進(jìn)行分析是礦井突水水源判別的常用方法[3-6]，孫文潔等[7]將主成分分析(PCA)引入極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)模型中，排除了水化學(xué)指標(biāo)中冗余信息的影響，提高了判別準(zhǔn)確率。趙偉等[8]在地下水水化學(xué)成分分析的基礎(chǔ)上，增加了判別因子，使得樣本的誤判率顯著降低。侯恩科等[9]為了避免干擾因素的影響，引入Logistic回歸分析，對(duì)礦井突水識(shí)別具有較好的適用性。張帝等[10]在支持向量機(jī)模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用遺傳算法(GA)進(jìn)行優(yōu)化，使得預(yù)判結(jié)果與實(shí)際情況相一致。王甜甜等[11]在水化學(xué)識(shí)別的基礎(chǔ)上運(yùn)用動(dòng)態(tài)權(quán)-集對(duì)分析方法，建立了數(shù)學(xué)模型，為準(zhǔn)確識(shí)別突水水源奠定了基礎(chǔ)。然而礦井突水是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性力學(xué)過(guò)程，而以往的水源識(shí)別技術(shù)主要精力在基于水化學(xué)指標(biāo)的數(shù)學(xué)方法研究和改進(jìn)上，雖取得了一定的效果，但忽略了對(duì)突水點(diǎn)力學(xué)特征的考慮，當(dāng)不同水源水化學(xué)特征接近時(shí)，水源識(shí)別效果不好，容易出現(xiàn)誤判。論文提出了一種水力學(xué)與水化學(xué)耦合的水源識(shí)別方法及技術(shù)，該方法以先驗(yàn)概率為紐帶，實(shí)現(xiàn)了力學(xué)模型和貝葉斯判別模型的有機(jī)耦合，充分考慮突水點(diǎn)的力學(xué)特征及各水源的水化學(xué)特征，克服了各水源水化學(xué)特征相近時(shí)，傳統(tǒng)水化學(xué)識(shí)別方法不能準(zhǔn)確識(shí)別礦井涌(突)水水源的難題，在復(fù)雜水化學(xué)條件礦井中能夠有效提高礦井水源識(shí)別精度，并以林西煤礦12煤層1021中回采工作面涌(突)水水源識(shí)別為例，驗(yàn)證了基于水力學(xué)與水化學(xué)耦合的礦井涌(突)水水源識(shí)別方法的準(zhǔn)確性。

1 水力學(xué)與水化學(xué)耦合水源識(shí)別技術(shù)

礦井突水是一個(gè)水力學(xué)過(guò)程，某一位置能否突水是由該點(diǎn)距離水源或?qū)ǖ赖挠行Ц羲簬r柱厚度、巖石力學(xué)性質(zhì)和水源水壓共同決定的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以將上述參數(shù)代入突水力學(xué)判據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)判突水危險(xiǎn)性。同理，某一點(diǎn)發(fā)生涌(突)水后，也可以利用力學(xué)判據(jù)反求各水源臨界防隔水煤巖柱厚度，并和水源的實(shí)際隔水煤巖柱進(jìn)行對(duì)比分析，就可以判斷水源是否能夠涌入突水點(diǎn)，從而判定其進(jìn)入突水點(diǎn)的概率，以此作為先驗(yàn)概率，關(guān)聯(lián)力學(xué)模型與水化學(xué)貝葉斯判別模型，即可實(shí)現(xiàn)水力學(xué)與水化學(xué)耦合的礦井涌(突)水水源識(shí)別方法。

1.1 典型突水臨界防隔水煤巖柱厚度解算

在前人研究基礎(chǔ)上[12-17]，分別利用厚壁圓筒理論、薄板理論等力學(xué)模型，總結(jié)構(gòu)建了封閉不良鉆孔突水、斷層突水、老空區(qū)突水、陷落柱突水、頂?shù)装逋凰韧凰W(xué)判據(jù)，并得出突水臨界防隔水煤巖柱厚度解算方法。

1.1.1 封閉不良鉆孔突水

利用厚壁圓筒理論可以得出封閉不良鉆孔臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的計(jì)算公式：

當(dāng)涌(突)水點(diǎn)Lv范圍內(nèi)存在封閉不良鉆孔，則該封閉不良鉆孔所導(dǎo)通的水源均有可能為涌(突)水水源。

1.1.2 斷層突水

斷層分為導(dǎo)水?dāng)鄬雍筒粚?dǎo)水?dāng)鄬?，不?dǎo)水?dāng)鄬邮紫纫卸ㄔ诓蓜?dòng)影響下能否活化導(dǎo)水，如可能出現(xiàn)活化導(dǎo)水，則按照導(dǎo)水?dāng)鄬佑?jì)算臨界防隔水煤巖柱厚度。斷層突水臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的計(jì)算公式為：

式中，m為開采煤層厚度，m；p為水頭壓力，MPa；KP為煤的抗張強(qiáng)度，MPa；K為安全系數(shù)，一般取2～5。

當(dāng)Lv計(jì)算值小于20m時(shí)，則取20m。當(dāng)涌(突)水點(diǎn)Lv范圍內(nèi)存在導(dǎo)水?dāng)鄬踊蚓哂谢罨ｋU(xiǎn)性的不導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)，則該斷層所導(dǎo)通的水源均有可能為涌(突)水水源。

1.1.3 老空區(qū)突水

當(dāng)老空區(qū)位于開采工作面頂部時(shí)，令Lx，Ly分別為研究區(qū)域的長(zhǎng)和寬，根據(jù)薄板等力學(xué)理論，得出頂板老空區(qū)突水臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的計(jì)算公式為：

p+q1+γLv2-q2-

式中，q1為老空區(qū)上覆巖體的自重應(yīng)力，MPa；v為泊松比；γ為有效隔水層容重，MN/m3；St為有效隔水層平均抗拉強(qiáng)度，MPa；q2為導(dǎo)水裂隙帶殘余強(qiáng)度，MPa。

根據(jù)式(3)求出Lv1、Lv2，Lv取Lv1、Lv2最大值，然后加上導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度。當(dāng)涌(突)水點(diǎn)頂部Lv范圍內(nèi)存在老空水時(shí)，該老空水則可能成為涌(突)水水源。如開采工作面存在同層老空區(qū)，則按照式(2)求解Lv。

1.1.4 陷落柱突水

尹尚先教授將陷落柱分為側(cè)壁突水和頂/底部突水兩種，提出了相應(yīng)突水判據(jù)。在側(cè)壁突水中，突水臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的計(jì)算公式為：

式中，M為煤層厚度，m；γg為煤巖體容重，MN/m3；H0為工作面頂板垂深，m；γd為頂板巖體容重，MN/m3；Q為礦山壓力，MPa。

當(dāng)涌(突)水點(diǎn)Lv范圍內(nèi)存在導(dǎo)水陷落柱時(shí)，則該陷落柱所導(dǎo)通的水源均有可能為涌(突)水水源。

在所述頂/底部突水中，突水臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的計(jì)算公式為：

Lv=[-2(H0γdνtanθ+c)+

式中，ξ為陷落柱橫截面積與周長(zhǎng)之比；ν為側(cè)壓系數(shù)；W為端蓋自重，MPa。

當(dāng)涌(突)水點(diǎn)頂/底部Lv深度范圍內(nèi)存在導(dǎo)水陷落柱時(shí)，則該陷落柱頂/底部所導(dǎo)通的水源均有可能為涌(突)水水源。

1.1.5 頂/底板突水

張金才利用彈塑性理論，提出了底板突水力學(xué)判據(jù)。根據(jù)判據(jù)推導(dǎo)出突水臨界防隔水煤巖柱厚度(Lv1、Lv2)計(jì)算公式：

式中，τ0為底板巖層平均抗剪強(qiáng)度，MPa；Lx，Ly分別為研究區(qū)域的長(zhǎng)及寬，m；K1、K2分別為安全系數(shù)，取K1=1～2.5，K2=1～2；La為工作面距離充水水源或?qū)ǖ赖膶?shí)際距離，m。

根據(jù)式(6)求出Lv1、Lv2，則Lv取Lv1、Lv2最大值，然后加上底板破壞深度。當(dāng)工作面采空區(qū)長(zhǎng)寬與煤層底板隔水層厚度不滿足薄板理論，或者現(xiàn)場(chǎng)缺少巖石力學(xué)參數(shù)時(shí)，可以采用突水系數(shù)等于0.1MPa/m或0.06MPa/m，利用突水系數(shù)公式求解隔水層厚度，即：

Lv=p/T

(7)

式中，T為突水系數(shù)，當(dāng)?shù)装鍨橥暾麩o(wú)斷裂構(gòu)造破壞巖體時(shí)取0.1MPa/m，當(dāng)?shù)装迨軜?gòu)造破壞時(shí)取0.06MPa/m。

頂板突水中，Lv為頂板裂隙帶發(fā)育高度，該值可以在生成過(guò)程中實(shí)測(cè)，也可以利用《煤礦防治水細(xì)則》《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》等求解。當(dāng)涌(突)水點(diǎn)頂/底部Lv深度范圍內(nèi)存在滿足條件的水源，則該水源可成為涌(突)水水源。

1.2 水力學(xué)與水化學(xué)耦合水源識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)某煤礦共有k個(gè)礦井充水水源(母體)，在未發(fā)生涌(突)水之前，或發(fā)生涌(突)水現(xiàn)象后尚未檢測(cè)水化學(xué)指標(biāo)，即未經(jīng)觀測(cè)之前，根據(jù)已有資料(力學(xué)判據(jù)及地質(zhì)條件)知道某一個(gè)體來(lái)自礦井充水水源(母體)g的概率。因?yàn)槟骋粋€(gè)體只能屬于其中一類(互不相容)，故根據(jù)概率加法定理：

令某涌(突)水點(diǎn)至第g礦井充水水源的實(shí)際隔水煤巖柱厚度為L(zhǎng)eg，其中，g=1，2，3，……，k；g水源對(duì)于該涌(突)水點(diǎn)的臨界防隔水煤巖柱厚度為L(zhǎng)vg。根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)及方法，采用專家及現(xiàn)場(chǎng)工作人員訪談等方式，研究得出了不同情況先驗(yàn)概率的取值方法：當(dāng)Leg≤Lvg時(shí)，從礦井突水力學(xué)的角度分析，g水源能夠進(jìn)入該涌(突)水點(diǎn)，即可認(rèn)為如果發(fā)生突水，該涌(突)水點(diǎn)的水源為g水源的先驗(yàn)概率qg非常高，認(rèn)為是大概率事件，先驗(yàn)概率預(yù)取值0.95；當(dāng)Leg值在(Lvg，Lvg+ 5]區(qū)間，認(rèn)為有一定的突水危險(xiǎn)性，先驗(yàn)概率預(yù)取值0.7；當(dāng)Leg值在(Lvg+5，Lvg+ 10]區(qū)間，認(rèn)為突水危險(xiǎn)性較小，先驗(yàn)概率預(yù)取值0.45；當(dāng)Leg>(Lvg+10)時(shí)，認(rèn)為突水概率很小，為小概率事件，先驗(yàn)概率可預(yù)取值0.05，即：

同理，可求得其他水源k-1個(gè)礦井充水水源先驗(yàn)概率預(yù)取值q1、q2、……、qg-1、qg+1、……、qk。為使各個(gè)水源的先驗(yàn)概率之和等于1，將各預(yù)期值代入式(10)：

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，各水源先驗(yàn)概率即可滿足式(8)。如果礦井充水水源較少，且對(duì)礦井水文地質(zhì)條件清楚，也可以在求解突水判據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家意見(jiàn)，直接給出各先驗(yàn)概率取值，需滿足式(8)。先驗(yàn)概率求解完成以后，將該涌(突)水點(diǎn)的水樣化學(xué)指標(biāo)x，代入貝葉斯判別公式：

式中，μ(g)和 ∑(g)分別是第g總體的均值向量和協(xié)方差陣。

2 水源識(shí)別工程實(shí)例

2.1 林西礦1021中回采工作面水文地質(zhì)條件

林西井田位于開平煤田的開平向斜東北隅，出露及揭露的地層由老到新有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，石炭系中統(tǒng)唐山組、上統(tǒng)開平組和趙各莊組，二疊系下統(tǒng)大苗莊組和唐家莊組、上統(tǒng)古冶組和洼里組、第四系。1021中工作面主要開采12煤層，位于井田單斜構(gòu)造塊內(nèi)，工作面掘進(jìn)期間實(shí)見(jiàn)斷層共2條，均為正斷層，最大落差1.5m，主要突水因素為頂、底板砂巖裂隙水。工作面周圍主要的含水層有：奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層(第Ⅰ含水層)、14煤層至唐山石灰?guī)r(K3)砂巖裂隙含水層(第Ⅱ含水層)、12煤層至14煤層砂巖裂隙含水層(第Ⅲ含水層)、5煤層至12煤層砂巖裂隙含水層(第Ⅳ含水層)。其中第Ⅰ含水層為煤系地層之基底，厚約600m，巖溶裂隙發(fā)育不均一，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，水位高，壓力大，滲透系數(shù)K=0.0012～67.95m/d，q=0.0000506～1.46L/(s· m)，水質(zhì)類型以SO4·HCO3-Ca·Mg為主，Piper三線圖如圖1所示。

圖1 主要礦井涌水水源Piper圖

第Ⅱ含水層以細(xì)～粉砂巖為主，裂隙較發(fā)育，厚度16～21m，含水性弱，滲透系數(shù)K=2.59m/d，單位涌水量q=0.025L/(s·m)，水質(zhì)類型為HCO3-Na·Ca·Mg，屬弱富水性含水層。第Ⅲ含水層巖性以灰、淺灰色中、細(xì)砂巖為主，致密、堅(jiān)硬、裂隙較發(fā)育，厚度36～48m。該含水層滲透系數(shù)K=0.000014m/d，單位涌水量q=0.0025L/(s·m)，屬弱富水性含水層，水質(zhì)類型以HCO3-Na型、HCO3-Na·Ca型為主。第Ⅳ含水層巖性多以灰、淺灰色粉砂巖和泥巖為主，厚度18～35m，滲透系數(shù)K=0.0785～18.063m/d，單位涌水量q=0.01～0.092L/(s·m)，屬弱富水性含水層，水質(zhì)類型為HCO3-Na型。該含水層位于本工作面頂板。另外，井田內(nèi)及其附近有兩條河流和一個(gè)主要地表塌陷積水坑，其中沙河流經(jīng)井田以外，對(duì)礦井充水無(wú)影響，石榴河在礦井采區(qū)上方穿過(guò)，此流域沖積層厚度大于20m，河床底部有黏土隔水層，雖受開采影響，但具有較好的隔水作用，任家套塌陷積水坑，因?yàn)樵搮^(qū)沖積層厚度在20m以上，隔水性能好，地表水樣點(diǎn)在Piper圖中主要分布在菱形的右上部，水化學(xué)類型較分散，主要以SO4·Cl - Na·Ca型和SO4·HCO3-Ca·Mg型為主。

2.2 水樣采集及水化學(xué)特征分析

以林西礦1021中工作面為研究對(duì)象，本文選取了44個(gè)水樣，測(cè)試了水化學(xué)指標(biāo)，其中1～44號(hào)為訓(xùn)練水樣，45號(hào)為待判水樣，其中1～9號(hào)水樣采自第Ⅰ含水層、10～12號(hào)水樣采自第Ⅱ含水層、13～20號(hào)水樣采自第Ⅲ含水層、21～32號(hào)水樣采自第Ⅳ含水層、33～44號(hào)水樣采自地表水。45號(hào)水樣為工作面一涌水點(diǎn)水樣，需要判定該涌水水源。水樣原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 林西礦1021中工作面突水水源判別因子的原始數(shù)據(jù) mg/L

為了進(jìn)一步分析不同充水水源的水化學(xué)特征差異，研究礦井水源的可識(shí)別性，根據(jù)各含水層及地表水的離子濃度、TDS、總硬度和總堿度的平均值繪制了Schoeller圖，如圖2所示。從圖中可以看出，只有地表水與其他含水層水化學(xué)指標(biāo)有明顯差異，而第Ⅰ含水層、第Ⅱ含水層、第Ⅲ含水層、第Ⅳ含水層水化學(xué)指標(biāo)差異較小，部分指標(biāo)存在區(qū)間重疊的現(xiàn)象，雖具有一定的可識(shí)別性，但出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的概率較高。

圖2 各涌水水源Schoeller圖

2.3 模型建立

fⅠ=lnqⅠ-206.727-3907.970x1+2918.125x2+

1330.813x3+1360.397x4-203.334x5-429.141x7

fⅡ=lnqⅡ-186.046-3763.665x1+2813.717x2+

1238.901x3+1321.160x4-185.407x5-400.694x7

fⅢ=lnqⅢ-184.972-3757.881x1+2818.988x2+

1226.546x3+1321.541x4-188.468x5-401.741x7

fⅣ=lnqⅣ-189.449-3754.466x1+2816.801x2+

1199.095x3+1318.826x4-177.793x5-388.198x7

f地=lnq地-173.685-3211.334x1+2383.982x2+

1154.904x3+1119.502x4-153.228x5-352.690x7

按照礦井水源識(shí)別貝葉斯先驗(yàn)概率傳統(tǒng)取值方法：令lnqⅠ=lnqⅡ=lnqⅢ=lnqⅣ=lnq地=ln0.2，代入上述判別函數(shù)，對(duì)44個(gè)已知水樣進(jìn)行回代檢驗(yàn)，回代檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，從表中可以看出有43個(gè)水樣回代檢驗(yàn)正確，總體回代檢驗(yàn)正確率為97.7%。第32號(hào)水樣實(shí)際為第Ⅳ含水層水，回代檢驗(yàn)誤判為第Ⅲ含水層水，由圖1可知，第Ⅲ含水層部分水樣點(diǎn)(12煤層至14煤層砂巖裂隙水)在菱形圖中的分布與第Ⅳ含水層水樣點(diǎn)(5煤層至12煤層砂巖裂隙含水層)產(chǎn)生了重疊，水化學(xué)類型相似，因此單純地利用水化學(xué)指標(biāo)建立的水源識(shí)別模型容易對(duì)這兩類水源水樣產(chǎn)生誤判。隨后將45號(hào)待判水樣數(shù)據(jù)分別代入上述判別模型，判別結(jié)果為該水樣來(lái)自于第Ⅲ含水層水，為底板涌水，和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)該水樣從工作面頂部涌出明顯不符，出現(xiàn)判別錯(cuò)誤。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料，1021中工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高+25.4～+33.6m；工作面標(biāo)高-750.4～-815.9m；走向長(zhǎng)664～687m，平均676m；傾斜長(zhǎng)平均144m；斜面積97344m2；煤層厚度1.4～3.2m，平均2.6m；煤層傾角16°～22°，平均18°。該工作面地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作面掘進(jìn)期間實(shí)見(jiàn)斷層共2條，均為正斷層，最大落差1.5m，揭露斷層時(shí)均無(wú)水，不存在陷落柱及封閉不良鉆孔。通過(guò)分析周邊及上覆實(shí)見(jiàn)采掘資料，本工作面不受同層及上覆煤層采空區(qū)積水影響，本區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大于5m斷層及陷落柱賦存及無(wú)封閉不良鉆孔。綜合以上分析，該工作面不存在導(dǎo)水?dāng)鄬印⑾萋渲胺忾]不良鉆孔導(dǎo)通多個(gè)含水層的情況，也不存在老空區(qū)突水可能，因此只需要研究該涌水點(diǎn)各含水層水及地表水涌入的先驗(yàn)概率，其中第Ⅰ含水層水、第Ⅱ含水層水、第Ⅲ含水層水為底板突水水源，第Ⅳ含水層水和地表水水為頂板突水水源。在底板突水水源中，根據(jù)勘探資料，該工作面奧灰水水位標(biāo)高-45m，奧灰水作用于隔水層水壓p=9.54MPa，1021中回采工作面至奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層頂界面實(shí)際隔水層厚度LeⅠ= 180m，由于隔水層厚度較大，不滿足薄板理論，故利用式(7)求解得LvⅠ=159m，這里T取0.06，根據(jù)式(9)，第Ⅰ含水層水(奧灰水)先驗(yàn)概率qⅠ預(yù)取值0.05，同理，可以求出第Ⅱ含水層水、第Ⅲ含水層水底板突水水源先驗(yàn)概率qⅡ、qⅢ預(yù)取值均為0.05。對(duì)于頂板突水水源，首先利用導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式求解Lv，即：

式中，Hli為頂板裂隙帶發(fā)育高度，m；M為煤層累計(jì)采厚，m。

1021中工作面煤層厚度取最大3.2m，經(jīng)計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為42.3m，第Ⅳ含水層水和地表水水均為頂板突水水源，所以LvⅣ=Lv地=42.3m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料，1021中工作面的12煤層頂板至第Ⅳ含水層平均距離LeⅣ為15m，至地表的距離Le地為775m，因此根據(jù)式(9)，第Ⅳ含水層水、地表水頂板突水水源先驗(yàn)概率qⅣ、q地預(yù)取值分別為0.95和0.05。

將qⅠ、qⅡ、qⅢ、qⅣ、q地預(yù)取值代入式(10)，可以求出qⅠ=0.043，qⅡ=0.043，qⅢ=0.043，qⅣ=0.826，q地=0.043。將各水源先驗(yàn)概率代入上述判別函數(shù)，同時(shí)將歸一化后的待判水樣水化學(xué)指標(biāo)代入調(diào)整后的五類貝葉斯判別函數(shù)，可得涌水點(diǎn)水樣屬于第Ⅰ含水層水、第Ⅱ含水層水、第Ⅲ含水層水、第Ⅳ含水層水和地表水的判別值分別為158.51、167.88、168.22、169.73、133.46，所以將涌水點(diǎn)水源為第Ⅳ含水層水，判定結(jié)果見(jiàn)表2，判別結(jié)果與工程實(shí)際情況一致。

表2 待判樣本判別結(jié)果

同理，利用本文建立的水力學(xué)與水化學(xué)耦合水源識(shí)別技術(shù)，分別對(duì)1023、1723、1793等工作面出水點(diǎn)水源進(jìn)行了判別，均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別，說(shuō)明相比于單一利用水化學(xué)特性判別，論文提出的水力學(xué)與水化學(xué)耦合水源識(shí)別技術(shù)具有預(yù)測(cè)能力強(qiáng)、識(shí)別準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。

3 結(jié) 論

1)當(dāng)含水層巖性一致、水化學(xué)特性接近時(shí)，傳統(tǒng)水化學(xué)水源識(shí)別易產(chǎn)生誤判。1021中回采工作面第Ⅲ含水層、第Ⅳ含水層分別為頂板涌水含水層和底板涌水含水層，巖性均為砂巖，水質(zhì)類型均以HCO3-Na為主，水化學(xué)離子濃度區(qū)間存在重疊的情況，用傳統(tǒng)的水化學(xué)識(shí)別方法無(wú)論在回代檢驗(yàn)還是實(shí)際涌水水源識(shí)別時(shí)，均出現(xiàn)誤判，因此復(fù)雜水化學(xué)地質(zhì)條件下，傳統(tǒng)水化學(xué)水源識(shí)別方法亟需改進(jìn)，進(jìn)一步提高水源識(shí)別精度。

2)針對(duì)傳統(tǒng)水化學(xué)水源識(shí)別存在的問(wèn)題，構(gòu)建了一種基于水力學(xué)與水化學(xué)耦合的礦井涌(突)水水源識(shí)別模型，該模型充分考慮了礦井涌(突)水的各種復(fù)雜非線性力學(xué)特性，提出了臨界防隔水煤巖柱厚度Lv的求解方法，對(duì)比Lv和實(shí)際隔水煤巖柱厚度Le之間定量關(guān)系，在調(diào)研專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了先驗(yàn)概率取值方法，即Le在(0，Lv]、(Lv，Lv+5]、(Lv+5，Lv+10]、(Lv+10，+∞]，先驗(yàn)概率預(yù)取值分別為0.95、0.70、0.45和0.05，進(jìn)而求出各先驗(yàn)概率，然后利用貝葉斯判別模型存在先驗(yàn)概率的巨大優(yōu)勢(shì)，以先驗(yàn)概率為橋梁，實(shí)現(xiàn)水力學(xué)與水化學(xué)耦合的礦井涌(突)水水源識(shí)別方法，該方法成功應(yīng)用于1021中回采工作面水源識(shí)別實(shí)例中，能有效解決傳統(tǒng)水化學(xué)水源識(shí)別方法誤判的問(wèn)題，精確識(shí)別突水點(diǎn)的水源為第Ⅳ含水層，為礦井水害防治提供了重要指導(dǎo)作用。