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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