[发明专利]一种煤矿突水水源判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿山突水的技术领域，尤其涉及一种煤矿突水水源判别方法。

背景技术

煤层顶板水害问题是中国煤矿安全的主要问题之一，如何能快速进行突水水源判断是减少水害的重要关键。

而分析可知，含煤地层的顶底板一般发育有多层充水含水层，而且在煤炭开采过程中顶板导水裂隙带、断层和导水构造、含水层富水性等是诱发煤矿水害事故的重要因素。多年来，水文地球化学作为煤矿防治水工作的重要组成，能够更好地揭示地下水与地质环境的相互作用机制，为识别突水水源、解决煤矿水害问题提供了很好的技术保障。水文地球化学的应用大体分为两类，即天然方法和人工方法，前者是指对地下水中分布的天然要素（化学成分及同位素成分等）进行研究；后者是指通过人工投放示踪剂（化学和同位素示踪剂），来寻找含水层之间的水力联系以及构造的导水性和连通性。

煤矿防治水工作的首要任务是寻找到代表每个含水层地下水特征的标型元素（化合物、气体和同位素等），并在此基础上对突水水源进行识别。常用的有Piper三线图法、不同标型组分含量相关关系法、单个标型组分含量值域法和人工示踪法等。但是由于地下水在自然系统循环过程中，与其接触的岩石圈、生物圈和大气圈一直进行着极其复杂的物质、能量和信息交换，水文地球化学特征在时空尺度上都不断地发生变化，导致地下水化学成因非常复杂，目前该领域的研究遇到了发展的瓶颈。

实际上，水岩体系是一个包含水、岩石、气体和有机物的体系，地下水中存在着或多或少的天然溶解性有机质（Dissolved Organic Matter，DOM），这是一种含有氧、氮、硫官能团（如羧基、苯酚、烯、醇、羰基、氨基、疏基）的芳香族和脂肪族有机化合物的混合物，其主要来源于地质沉积过程中残存下来稳定性较高的有机物、新产生的和补给区进入的有机物，其含量和分布取决于自然地理和地质-水文地质条件。针对这方面的研究，在有机地球化学和水文地质学的基础上，形成了一门新的边缘学科－有机水文地球化学。其主要任务是通过水中各种有机组分的定性、定量标志来研究地下水中有机物质的数量、成分、分布规律及其在地质、地球化学和其他过程中的作用。现代地质、地球化学和水文地质学中的很多理论和实际问题，如油气矿床的形成及其水文地球化学找矿方法、金属矿床水中各种元素的迁移和富集、某些类型矿水的形成及其医疗价值的评价、地下水的卫生防护及地下淡水的饮用与技术利用和环境污染等，都与有机水文地球化学有关。

溶解性有机质作为地下水中重要的溶质成分，现有研究已经证明，由于地质-水文地质条件的差异，不同含水层中DOM类型和含量存在较大差异，而且同一含水层中DOM随地下水的迁移而不断发生变化。利用地下水中DOM建立不同含水层的水化学特征，可以解决目前煤矿突水水源难以判别的难题，促进煤矿防治水和水害治理工作的发展。

为此，本发明的设计者通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿突水水源判别方法，实现有效判别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿突水水源判别方法，该方法判别快速，能利用地下水中DOM总含量和荧光特性，建立不同含水层的水化学特征，为突水水源判别提供技术方法，为煤矿防治水工作提供容易区分含水层的水化学特征数据，为煤矿突水发生过程中堵水工作确定准确的突水水源，并争取到宝贵的抢险救灾时间。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿突水水源判别方法，其具体步骤如下：

1）确定目标区域水文地质特征；收集目标矿区的地质-水文地质资料并进行实地调研后，编制目标区域的水文地质分布图；

2）对目标区域进行水样采集和检测；根据目标区域的水文地质分布图进行水样采集，在垂向上，根据不同含水层的深度，采集不同含水层水样；在平向上，根据地下水流场，采集同一含水层上下游水样；然后，检测水样中TOC、UV₂₅₄的指标，并检测DOM的三维荧光光谱；

3）对目标区域的水样信息进行初步分析；根据所获得的水质指标检测值，鉴别不同含水层中DOM含量差异、荧光指纹差异，确定合适的激发波长间隔和发射波长间隔，初步确定水中酪氨酸类、色氨酸类、类富里酸、溶解性微生物代谢产物和类腐植酸的指纹区域；

4）确定目标区域不同含水层中DOM的三维荧光光谱指纹敏感区域；

5）建立目标区域各水层的水化学特征信息表。

其中，在步骤2）中利用荧光分光光度计检测DOM的三维荧光光谱。