孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究.pdf

第 4 2卷第 7期能 源 与 环 保 V o l . 4 2 N o . 7 2 0 2 0年7月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nJ u l . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0－ 0 4－ 1 0 ； 责任编辑 郭海霞 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 ／ j . c n k i . 1 0 0 3－ 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 7 . 0 2 6 基金项目 重庆院自立创新引导项目（ 2 0 1 9 Y B X M 2 2 ） 作者简介 杨聘卿（ 1 9 8 5 ） ， 男， 河南周口人， 工程师， 硕士， 研究方向为矿井水害防治与安全技术。 引用格式 杨聘卿. 孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究［ J ］ . 能源与环保， 2 0 2 0 ， 4 2 （ 7 ） 1 2 0 - 1 2 5 . Y a n gP i n q i n g . R e s e a r c ho nh y d r o g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n dw a t e r s o u r c ei d e n t i f i c a t i o no f K o n g j i a g o uC o a l M i n e ［ J ］ . C h i n aE n e r g ya n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ， 2 0 2 0 ， 4 2 （ 7 ） 1 2 0 - 1 2 5 . 孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究 杨聘卿 （ 中煤科工集团 重庆研究院有限公司， 重庆 4 0 0 0 3 9 ） 摘要 为了研究倾斜煤层矿井水水化学基本特征及水源， 判断识别矿区补给水源及井下的排泄点， 构 建水源识别模型。结合孔家沟煤矿开拓开采及涌水实际， 共布设了 1 4个水样采集点， 通过水样采集、 检测及分析， 并使用 P i p e r 三线图和 D u r o v 图， 研究矿井开采区域的地下水水化学特征及与 T D S 、 p H 值之间的关系。通过对水样进行来源、 分组判断， 得出该区域地下水呈弱酸性， T D S 、 p H值相对较小， 水化学特性以 C a - M g - S O 4- H C O3、 N a - H C O3- S O4型为主。研究成果可为矿区的水源动态特征识别提供 理论指导。 关键词 水文地球化学； 聚类分析； 水源识别； 裂隙水 中图分类号 T D 7 4 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3－ 0 5 0 6 （ 2 0 2 0 ） 0 7－ 0 1 2 0－ 0 6 R e s e a r c ho nh y d r o g e o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n dw a t e rs o u r c e i d e n t i f i c a t i o no f K o n g j i a g o uC o a l Mi n e Y a n gP i n q i n g （ C h i n aC o a l T e c h n o l o g ya n dE n g i n e e r i n gG r o u pC h o n g q i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 ， C h i n a ） A b s t r a c t I no r d e r t os t u d yt h eh y d r o g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f w a t e r s o u r c e s i ni n c l i n e dc o a l s e a mm i n e s ， d e t e r m i n ea n di d e n t i f y m i n ew a t e r s u p p l ya n du n d e r g r o u n dd r a i n a g ep o i n t s ， aw a t e r s o u r c ei d e n t i f i c a t i o nm o d e l w a sc o n s t r u c t e d . C o m b i n e dw i t ht h ed e v e l o p - m e n t o f K o n g j i a g o uC o a l M i n ea n dt h ea c t u a l w a t e r i n f l o w ， 1 4w a t e r s a m p l ec o l l e c t i o np o i n t s w e r es e t u pi nt h i s p a p e r . T h r o u g hw a t e r s a m p l ec o l l e c t i o n ， d e t e c t i o na n da n a l y s i s ， t h eP i p e r t h r e e - l i n ed i a g r a ma n dD u r o vd i a g r a mw e r eu s e dt os t u d yt h eg r o u n d w a t e r h y d r o - c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ， r e l a t i o n s h i pb e t w e e nT D Sa n dp H . B yj u d g i n gt h es o u r c ea n dg r o u p i n go f w a t e r s a m p l e s ， i t w a s c o n c l u d e dt h a t g r o u n d w a t e r i nt h i s a r e a i s w e a k l y a c i d i c w a t e r ， l o wT D Sa n dp H ， t h e g r o u n d w a t e r w a t e r c h e m i c a l t y p e i s m a i n l y C a - M g - S O 4- H C O3t y p e a n dN a - H C O 3- S O4t y p e . T h er e s e a r c hr e s u l t s h a v ep r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ef o r t h ew a t e r s o u r c ei d e n t i f i c a t i o ni nt h em i n i n ga r e a . K e y w o r d s h y d r o g e o c h e m i s t r y ； c l u s t e r a n a l y s i s ； w a t e r s o u r c ei d e n t i f i c a t i o n ； f i s s u r ew a t e r 0 引言 矿井开采过程中， 面临相邻矿井、 废弃老窑区等 多层采空区积水风险， 回采过程中上覆煤层的开采 对下覆煤层更具突水威胁性。为降低矿井突水风 险、 避免突水事故的发生， 就必须对矿井突水层水源 的关联指标进行识别［ 1 - 3 ］， 掌握突水层水文地球化学 演化的规律。国内外基于理论与实践方式， 对矿井 突水水源识别常用的方法有 G I S和水质理论分析、 水化学特征分析和地下水位动态分析法等［ 4 - 6 ］， 在矿 井突水防治工程实践中广泛应用。文中以孔家沟煤 矿为例， 探讨在不同的含（ 隔） 水层、 大气降水、 地表 水变化等条件， 分析水文地球化学特征， 并编制孔家 沟矿井水水样的 P i p e r 图和 D u r o v 图， 构建孔家沟煤 矿水源识别模型， 为水害防治工作提供指导。 1 地质及水文地质概况 1 . 1 地质概况 孔家沟煤矿所在区域地处四川盆地东部平行岭 谷区， 该区域山脉走向N 2 0 4 0 E ， 海拔 ＋ 8 7 1～ 021 万方数据 2 0 2 0年第 7期杨聘卿 孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究 第 4 2卷 ＋ 4 1 3m ， 相对高差 4 5 8m 。矿区所在的井田位置位 于北段区域， 地理位置走向自西向东， 地形西高东 低， 井田区域内流经的河流相对较少。适逢阶段性 降水季节， 水流顺着地形冲沟由西向东， 与巴河支流 汇聚后， 进入渠江。 根据构造的形成过程， 矿区出露的地质构造分为 三叠系中统雷口坡组（ T 2l ） 、 上统须家河组（ T3x j ） ， 侏 罗系下统珍珠冲组（ J 1z h ） 、 中下统自流井组（ 东岳庙 段（ J 1 - 2z 1 ） 、 马鞍山段（ J 1 - 2z 2） 、 大安寨（ J 1 - 2z 3） 、 中统新 庙沟组（ J 2x ） 、 下沙溪庙组（ J2s 1） 及第四系（ Q ） 构造。 1 . 2 水文地质概况 孔家沟煤矿矿区水文地质按照形成次序的不 同， 主要形成三大部分， 即第四系、 侏罗系和三叠系。 （ 1 ） 第四系（ Q ） 。矿区含水层厚度 0～ 8m ， 含 水层中主要的地质结构包括坡残积、 冲洪积含块、 碎 石粉土和粉质黏土等。 （ 2 ） 侏罗系。属于中统新庙沟组（ J 2x ） 该区域 内地质含水层厚度 8 4～ 4 2 2m ， 含水层中主要的地 质结构包括泥岩、 粉砂质泥岩及细粒砂岩等。中下 统自流井组（ J 1 - 2z ） 大安寨段（ J1 - 2z 3） 区域内地质含 水层厚 3 1～ 6 2m ， 该区域内地层顶板、 底板的色调 为灰色、 棕灰色岩体为主； 马鞍山段（ J 1 - 2z 2） 区域内 地质含水层厚 6 8～ 1 2 5m ， 主要的地层构造以灰色、 黄灰色粉砂质泥岩及粉砂岩为主； 东岳庙段（ J 1 - 2z 1） 含水层厚 1 8～ 5 2m ， 主要的地层构造以灰岩、 钙质 及黑色泥岩为主。 （ 3 ） 三叠系。上统须家河组（ T 3x j ） 矿区含水 层厚 4 6 8～ 6 6 4m ， 该组地层按水文地质的岩性特征 分成 7个岩性段， 第一、 三、 五、 七段为含煤段， 第二、 四、 六段为砂岩段。 2 水样采集、 数据收集 根据孔家沟煤矿水文地质、 开拓开采及涌水实 际情况， 设计 1 4个水样采集点进行常规水化学检 测， 其中 S Y 0 1和 S Y 0 3水样为溪沟水， 其余为矿井 水。矿井涌水采集的水样， 进行化学指标检测， 文中 选取 K ＋ ＋N a ＋、 C a2 ＋、 M g2 ＋、 C l－、 O H－、 总硬度、 永 久硬度、 水型、 T D S及 p H值等 2 0个指标， 水化学特 征分析见表 1 。 表 1 孔家沟煤矿水样化学分析 T a b . 1 C h e mi c a l a n a l y s i s o f w a t e rs a mp l e s i nK o n g j i a g o uC o a l Mi n e 水样S Y 0 1S Y 0 2S Y 0 3S Y 0 4S Y 0 5S Y 0 6S Y 0 7S Y 0 8S Y 0 9S Y 0 1 0S Y 1 1S Y 1 2S Y 1 3S Y 1 4 K＋＋ N a ＋ 1 2 . 6 51 . 1 55 . 2 91 7 6 . 8 53 4 1 . 7 42 2 6 . 0 61 2 0 . 5 71 1 8 . 6 61 8 7 . 6 60 . 2 30 . 6 98 . 2 80 . 4 63 . 2 2 C a 2 ＋ 2 4 . 0 56 6 . 1 31 2 . 0 23 8 . 0 82 0 . 0 45 0 . 1 03 1 4 . 6 31 4 6 . 2 96 2 . 1 21 2 4 . 2 57 6 . 1 52 2 6 . 4 56 0 . 1 24 4 . 0 9 C l － ＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 52 . 8 41 6 . 3 14 . 2 51 . 4 2＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5＜ 0 . 3 5 S O 2 － 4 2 1 . 4 41 5 1 . 2 01 0 . 8 82 6 9 . 6 03 3 1 . 2 02 8 8 . 8 0 10 4 8 . 0 0 5 1 2 . 0 04 4 0 . 0 02 9 8 . 4 01 5 0 . 4 06 0 8 . 0 01 5 4 . 8 0 1 0 2 . 8 0 H C O－ 3 1 2 8 . 1 49 7 . 6 34 8 . 8 12 8 6 . 7 85 7 9 . 6 64 7 5 . 9 33 1 7 . 2 92 9 2 . 8 82 3 7 . 9 71 5 8 . 6 41 5 8 . 6 42 1 3 . 5 68 5 . 4 21 2 8 . 1 4 C O 2 － 3 0 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 0 O H－0 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 0 总硬度1 0 0 . 0 92 3 5 . 2 14 0 . 0 41 3 5 . 1 21 0 0 . 0 92 0 5 . 1 8 11 3 1 . 0 2 5 1 5 . 4 62 4 5 . 2 24 4 0 . 4 02 8 5 . 2 67 9 0 . 7 12 3 0 . 2 1 2 0 5 . 1 8 永久硬度0 . 01 5 5 . 1 40 . 00 . 00 . 00 . 08 7 0 . 7 82 7 5 . 3 05 0 . 0 53 1 0 . 2 81 5 5 . 2 06 1 5 . 5 01 6 0 . 1 4 1 0 0 . 0 9 暂时硬度1 0 0 . 18 0 . 14 0 . 01 3 5 . 11 0 0 . 12 0 5 . 22 6 0 . 22 4 0 . 21 9 5 . 21 3 0 . 11 3 0 . 11 7 5 . 27 0 . 11 0 5 . 1 负硬度5 . 00 . 00 . 01 0 0 . 03 7 5 . 31 8 5 . 20 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 0 总碱度1 0 5 . 9 08 0 . 0 74 0 . 0 42 3 5 . 2 14 7 5 . 4 33 9 0 . 3 52 6 0 . 2 32 4 0 . 2 21 9 5 . 1 81 3 0 . 1 21 3 0 . 1 21 7 5 . 1 67 0 . 0 61 0 5 . 9 0 矿化度1 9 6 . 0 03 3 3 . 1 37 9 . 4 47 8 3 . 8 7 13 0 1 . 1 0 10 6 4 . 6 0 18 6 7 . 8 0 11 0 6 . 3 2 9 4 9 . 6 36 1 3 . 1 44 0 8 . 9 9 11 1 1 . 0 1 3 2 0 . 2 6 3 0 1 . 3 5 游离 C O2 2 . 2 07 . 6 92 . 2 02 . 2 03 . 3 03 . 3 02 1 . 9 72 4 . 1 72 3 . 0 77 . 6 96 . 5 91 3 . 1 86 . 5 96 . 5 9 p H值 7 . 56 . 77 . 27 . 97 . 97 . 97 . 67 . 07 . 07 . 37 . 77 . 27 . 17 . 0 浑浊度透明透明透明透明透明透明透明透明透明透明透明透明透明透明 嗅和味无无无无无无无无无无无无无无 色度无无无无无无无无无无无无无无 水型H - C MH S - C MH - CH S - NH S - NH S - NS - C MH S - N CH S - NH S - C MH S - C MS - C MH S - C MH S - C M 注 p H值为无量纲， 其余数据单位 m g ／ L ； 水型 舒卡列夫分类， H H C O－ 3， S S O4， C C a ， MM g ， N N a 。 3 水文地球化学特征分析 3 . 1 离子特征 根据表 1水样化学检测结果， 研究区域内矿井 涌水水化学成分呈现无色、 无味、 透明特性， p H值 6 . 7～ 7 . 9 ， 均值为 7 . 3 6 ， 仅 S Y 0 2水样的 p H值低于 7 ， 为弱酸性水， 其余均为弱碱性水； 矿化 度 在 3 0 1 . 3 5～ 18 6 7 . 7 0m g ／ L ， 平均 8 4 6 . 7 7m g ／ L ， 其中矿 121 万方数据 2 0 2 0年第 7期 能 源 与 环 保第 4 2卷 化度大于 1g ／ L的有 S Y 0 5 、 S Y 0 6 、 S Y 0 7 、 S Y 0 8和 S Y 1 2水样， 属于微咸水， 其余属于淡水。 孔家沟煤矿矿井水水质统计见表 2 。由表 2可 知， 主要离子 H C O － 3含量在 8 5 . 4 2～ 5 7 9 . 6 6m g ／ L ， 平均为 2 5 2 . 7 1m g ／ L ； C a 2 ＋含量在 2 0 . 0 4～3 1 4 . 6 3 m g ／ L ， 平均 1 0 2 . 3 7m g ／ L ； K ＋ ＋N a ＋离子含量在 0 . 2 3～ 3 4 1 . 7 4m g ／ L ， 平均为 9 7 . 3 0m g ／ L ； M g 2 ＋含量 在9 . 7 3～ 8 3 . 9 0m g ／ L ， 平均2 9 . 3 8m g ／ L ； C l －含量在 0 . 3 5～ 1 6 . 3 1m g ／ L ， 平均 2 . 3 0m g ／ L ； S O 2 － 4 含量在 1 0 2 . 8 0～ 10 4 8 . 0 0m g ／ L ， 平均 3 6 2 . 9 3m g ／ L 。 表 2 孔家沟煤矿矿井水水质统计 T a b . 2 S t a t i s t i c s o f mi n ew a t e rq u a l i t yi nK o n g j i a g o uC o a l Mi n e 检测项目K＋＋ N a ＋ C a 2 ＋ M g 2 ＋ C l － S O 2 － 4 H C O－ 3 总硬度总碱度矿化度 游离 C O2 p H值 最大值3 4 1 . 7 43 1 4 . 6 38 3 . 9 01 6 . 3 110 4 8 . 0 05 7 9 . 6 611 3 1 . 0 24 7 5 . 4 318 6 7 . 8 02 4 . 1 77 . 9 0 最小值0 . 2 32 0 . 0 49 . 7 30 . 3 51 0 2 . 8 08 5 . 4 21 0 0 . 0 97 0 . 0 63 0 1 . 3 52 . 2 06 . 7 0 平均值9 7 . 3 01 0 2 . 3 72 9 . 3 82 . 3 03 6 2 . 9 32 5 2 . 7 13 7 6 . 5 92 0 7 . 2 78 4 6 . 7 71 0 . 5 37 . 3 6 注 未统计 S Y 0 1和 S Y 0 3水样水质检测数据； p H值无量纲， 其余数据单位 m g ／ L 。 3 . 2 水化学图示 （ 1 ） P i p e r 图。通过对各组分的毫克当量百分数 进行计算， 编制了孔家沟煤矿采集水样的 P i p e r 图 （ 图 1 ） ， 并分析采集区域内水样的水化学特征。通 过分析 P i p e r 菱形图可知， 水样在不同分区范围内 的水化学特征呈现复杂、 多样变化， 各区水样统计见 表 3 。 20％ 40％ 60％ 80％20％ 40％ 60％ 80％ 20％40％60％80％ Ca 2＋ Na ＋K ＋ Mg 2＋ ＋ 20％ 40％ 60％ 80％20％ 40％ 60％ 80％ 20％40％60％80％ Cl－ SO4 2－ HCO ＋CO 33 －2－ 20％ 40％ 60％ 80％ 20％ 40％ 60％ 80％ SO ＋Cl 4 2－ － Ca ＋Mg 2＋ 2＋ 5050 1 23 4 5 6 9 7 8 9 SY01 SY02 SY03 SY04 SY05 SY06 SY07 SY08 SY09 SY10 SY11 SY12 SY13 SY14 1区碱土金属离子超过碱金属离子 2区碱大于碱土 3区弱酸根超过强酸根 4区强酸大于弱酸 5区碳酸盐硬度超过50％ 6区非碳酸盐硬度超过50％ 7区碱及弱酸为主 8区碱土及弱酸为主 9区任一对阴阳离子含量均不超过 50％毫克当量百分数 图 1 孔家沟煤矿采集水样 P i p e r 图 F i g . 1 P i p e rd i a g r a mo f w a t e rs a mp l e s c o l l e c t e di nK o n g j i a g o uC o a l Mi n e （ 2 ） D u r o v 图。D u r o v 图是在 P i p e r 图的基础上 进行改进的， 与 P i p e r 图相似。孔家沟煤矿采集水 样 D u r o v 图如图 2所示。图 2中展示的 2处等腰三 角形， 代表水样阳离子 C a 2 ＋、 M g2 ＋、 N a＋ ＋K ＋和阴 离子 C l －、 S O2 － 4 、 H C O － 3 ＋C O 2 － 3 的每升毫克当量百 分数， D u r o v 图清晰展现了采集水样的水化学特征 及与 T D S 、 p H值关联性［ 7 - 8 ］。 由图 2可以推算出孔家沟煤矿的水样类型有 C a - M g - S O 4- H C O3型、N a - H C O3- S O4型、C a - M g - S O4 型、 C a - M g - N a - H C O 3型、 C a - N a - H C O3- S O4型、 C a - N a - S O 4- H C O3型、 N a - C a - S O4- H C O3型、 N a - S O4- H C O3型 8种， 采集的水样复杂、 多样， 总体上以 C a - M g - S O 4- H C O 3型为主， 其中有 6个水样为本类型， 其次为 N a - H C O 3- S O4型。根据对采集水样的水化学成分检 221 万方数据 2 0 2 0年第 7期杨聘卿 孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究 第 4 2卷 表 3 P i p e r 图菱形各区水样统计 T a b . 3 Wa t e rs a mp l es t a t i s t i c s o f P i p e rd i a g r a m d i a mo n d - s h a p e d 分区水样编号 1S Y 0 4 、 S Y 0 5 、 S Y 0 6 、 S Y 0 9 2S Y 0 1 、 S Y 0 2 、 S Y 0 3 、 S Y 0 、 S Y 0 8 、 S Y 1 0 、 S Y 1 1 、 S Y 1 2 、 S Y 1 3 、 S Y 1 4 3S Y 0 1 、 S Y 0 3 、 S Y 0 5 、 S Y 0 6 4S Y 0 2 、 S Y 0 4 、 S Y 0 7 、 S Y 0 8 、 S Y 0 9 、 S Y 1 0 、 S Y 1 1 、 S Y 1 2 、 S Y 1 3 、 S Y 1 4 5S Y 0 1 、 S Y 0 3 6S Y 0 2 、 S Y 0 7 、 S Y 1 0 、 S Y 1 1 、 S Y 1 2 、 S Y 1 3 、 S Y 1 4 7S Y 0 4 、 S Y 0 9 9S Y 0 5 、 S Y 0 6 、 S Y 0 8 SY01 SY02 SY03 SY04 SY05 SY06 SY07 SY08 SY09 SY10 SY11 SY12 SY13 SY14 20％ 20％ 50％50％ 80％80％ 20％ 50％ 80％ 20％ 50％ 80％ 1 0002 000 TDS／（mLg ） －1 pH值 Na ＋K ＋ ＋ HCO ＋CO 33 －2－ 100％SO4 Cl － Ca2＋ 100％Mg 2＋ 7.0 7.4 7.8 图 2 孔家沟煤矿采集水样 D u r o v 图 F i g . 2 D u r o vd i a g r a mo f w a t e rs a mp l e s c o l l e c t e d i nK o n g j i a g o uC o a l Mi n e 测， 判定研究区涌水类型是溶滤渗入水， 主要因素 为大气起源， 其成分由水与岩石作用形成［ 9 ］。其 次， 开采过程中的采空导水裂隙、 硐室巷道开采中的 演变以及矿井高速率抽排水方式， 使得研究区以 C a - M g - H C O 3型水样为主； 研究区内开采的 K9、 K1 1 煤层属特低低硫煤层， 故在水岩作用下最终易形 成 C a - M g - S O 4- H C O3类型矿井涌水。 4 水源判别 孔家沟煤矿矿井水质分析的主要目的 ①判断 肖家沟风井处溪水（ S Y 0 1 ） 和肖家沟井下 ＋4 4 1m K 9、 K1 1水平巷涌水（ S Y 0 2 ） 的关系； ②判断肖家沟井 下 ＋ 4 4 1mK 9、 K1 1水平巷涌水（ S Y 0 2 ） ，＋ 2 3 0m水 平运输巷1 1 4号反漏眼（ S Y 1 0 ） 和 ＋ 4 2 7m生活用水 取用处（ S Y 1 3 ） 涌水关系。通过相关性分析和聚类 分析［ 1 0 - 1 2 ］， 并根据水样的来源、 分组进行判别， 最终 确定水源类型。 4 . 1 相关性分析 相关系数表示个体或事件在 2个分布中的相对 关系， 是衡量 2个随机变量之间相关程度的指 标［ 7 - 8 ］， 用式（ 1 ） 表示 r X Y＝ σ 2 X Y σXσY＝ 1 n∑（ X－ X ） （ Y－ Y ） 1 n∑（ X－ X ） 槡 2 1 n∑（ Y－ Y ） 槡 2 （ 1 ） 式中， r X Y为事件的相关系数（ 事件的相关系数正常 值［－ 1 ， 1 ］ ， 当 r X Y＞ 0时， 事件的关系变量表示正相 关； 当 r X Y＜ 0时， 事件的关系变量表示负相关 ［ 1 3 ］） ； n 为成对分数数目； X 、 Y分别为 X 、 Y变量的平均数； σ X 、 σ Y分别为 X 、 Y变量的标准差； σ 2 X Y为 X 、 Y变量 的协方差。 文中通过 K ＋ ＋ N a ＋、 C a2 ＋、 M g2 ＋、 C l－、 S O2 － 4 、 总 硬度、 总碱度、 p H值等 1 1个因素， 对 S Y 0 1 S Y 1 4 共计 1 4个水样进行两两相关性分析， 构建相关性分 析矩阵， 结果见表 4 。由于采集水样间距小、 含水层 类型基本相同、 水源类型相近， 故水质分析本身差别 不大。根据采样数据分析， 相关系数超过 0 . 8的有 7 3个， 约占 8 0 . 2 2 ％（ 表 5 ） 。相关性分析在矿井涌 水来源判断中并不等于因果关系， 文中着重分析相 关系数≥0 . 9 9 5的两两水样关系。 （ 1 ） S Y 1 0与 S Y 1 3的相关系数为 1 . 0 0 0 。结合 收集资料， 可判断 S Y 1 0 、 S Y 1 3水样水源为南部老空 区积水； 运动路径为南部积水区老空水在北部边界 漫出， 一部分水沿 ＋ 4 3 0mK 1 1、 K9煤巷向北运动， 到 达 ＋ 4 2 7m生活用水取用处（ S Y 1 3 ） ； 另一部分水沿 1 1 4溜煤眼向东运动， 到达 ＋ 2 3 0m水平运输巷 1 1 4 号反漏眼（ S Y 1 0 ） 。 （ 2 ）S Y 0 2与 S Y 1 0 、 S Y 1 3的 相 关 系 数 均 为 0 . 9 9 9 。判断 S Y 0 2 、 S Y 1 0和 S Y 1 3受同一水源补给， 结合收集资料可判断水源地为南部积水区老空水， S Y 0 2是南部积水区老空水在南侧的排泄。 （ 3 ） S Y 0 1和 S Y 0 3的相关系数为 0 . 9 9 7 。S Y 0 1 和 S Y 0 3同为地表溪水， 受大气降水补给， 其相关性 极强。 （ 4 ） S Y 1 1和 S Y 1 4的相关系数为 0 . 9 9 7 。S Y 1 1 和 S Y 1 4均位于 K 9、 K1 1煤层底板， 其补给水源可能 为 K 9、 K1 1老空水和 T3x j 6裂隙水， 基于相关性分析 成果无法完成具体补给水源判断。 （ 5 ） S Y 1 0和 S Y 1 2的相关系数为 0 . 9 9 5 。据收 集资料和前述分析， S Y 1 2 水源为K 6煤层采空区积 321 万方数据 2 0 2 0年第 7期 能 源 与 环 保第 4 2卷 表 4 相关性分析矩阵 T a b . 4 C o r r e l a t i o na n a l y s i s ma t r i x 水样编号S Y 0 1S Y 0 2S Y 0 3S Y 0 4S Y 0 5S Y 0 6S Y 0 7S Y 0 8S Y 0 9S Y 1 0S Y 1 1S Y 1 2S Y 1 3 S Y 0 20 . 8 2 7 S Y 0 30 . 9 9 70 . 8 4 8 S Y 0 40 . 8 5 40 . 8 2 10 . 8 6 7 S Y 0 50 . 8 6 10 . 7 2 70 . 8 6 70 . 9 8 4 S Y 0 60 . 9 0 70 . 8 0 60 . 9 1 40 . 9 9 10 . 9 9 1 S Y 0 70 . 7 3 00 . 9 7 90 . 7 5 60 . 8 3 10 . 7 2 10 . 7 8 9 S Y 0 80 . 8 2 50 . 9 6 90 . 8 4 60 . 9 2 40 . 8 4 60 . 8 9 80 . 9 7 9 S Y 0 90 . 7 8 20 . 8 8 30 . 8 0 40 . 9 7 40 . 9 1 80 . 9 4 00 . 9 1 90 . 9 7 1 S Y 1 00 . 7 9 80 . 9 9 90 . 8 2 00 . 8 0 80 . 7 0 60 . 7 8 60 . 9 8 50 . 9 6 80 . 8 8 0 S Y 1 10 . 8 9 70 . 9 9 00 . 9 1 10 . 8 3 90 . 7 6 60 . 8 4 30 . 9 4 30 . 9 5 60 . 8 7 00 . 9 8 1 S Y 1 20 . 7 4 00 . 9 8 90 . 7 6 60 . 7 9 00 . 6 7 70 . 7 5 60 . 9 9 40 . 9 6 40 . 8 8 00 . 9 9 50 . 9 5 8 S Y 1 30 . 8 0 30 . 9 9 90 . 8 2 50 . 8 1 00 . 7 1 00 . 7 9 00 . 9 8 40 . 9 6 80 . 8 8 11 . 0 0 00 . 9 8 30 . 9 9 4 S Y 1 40 . 9 2 10 . 9 7 90 . 9 3 20 . 8 5 10 . 7 8 70 . 8 6 10 . 9 2 60 . 9 5 00 . 8 6 90 . 9 6 70 . 9 9 70 . 9 4 00 . 9 7 0 表 5 相关性系数统计 T a b . 5 C o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t s t a t i s t i c s 相关系数＞ 0 . 8 0 0＞ 0 . 9 5 0＞ 0 . 9 6 0＞ 0 . 9 7 0＞ 0 . 9 8 0＞ 0 . 9 9 0＞ 0 . 9 9 5＞ 0 . 9 9 9总计 数量7 33 02 82 31 71 0619 1 百分比／ ％8 0 . 2 2 3 2 . 9 73 0 . 7 72 5 . 2 71 8 . 6 81 0 . 9 96 . 5 91 . 1 0－ 水， S Y 1 0为南部积水区 K 9、 K1 1老空水， 两者间无直 接水力联系。 （ 6 ） S Y 0 1和 S Y 0 2的相关系数为 0 . 8 2 7 。依据 表 4的解释， 两者属于高相关； 但结合本地相关性判 断条件， 两者间差距较大， 符合地表水和矿井涌水间 水化学特征差异。 4 . 2 聚类分析 采用层次聚类法中的 Q型聚类分析方法， 分析 各组关联度， 度量的参照标准采用 P e a r s o n相关方 式［ 1 4 - 1 6 ］， 对搜集的 1 4组矿井水样进行解析。孔家 沟煤矿涌水 Q型聚类分析如图 3所示。 SY04 SY06 SY05 SY03 SY01 SY09 SY08 SY14 SY11 SY12 SY07 SY02 SY13 SY10 0510152025 关联度 图 3 孔家沟煤矿涌水 Q型聚类分析 F i g . 3 Q- t y p ec l u s t e ra n a l y s i s c h a r t o f w a t e ri n f l o w i nK o n g j i a g o uC o a l Mi n e Q型聚类中， 同样使用 K ＋ ＋N a ＋、 C a2 ＋、 M g2 ＋、 C l －、 总硬度、 游离 C O 2、 p H值等 1 1个因素为变量。 结合孔家沟煤矿矿井地质、 水文地质、 开拓情况 可得出以下结论 ①S Y 0 2 、 S Y 1 0和 S Y 1 3被分为一 类， 可以判断这 3个水样的补给来源应为南部 K 1 1、 K 9煤层采空积水。②S Y 0 1和 S Y 0 3被划分为同一 类， 由于都是地表溪水， 其水化学性质较为一致。③ S Y 0 1 、 S Y 0 3与 S Y 0 4 、 S Y 0 5 、 S Y 0 6划 为 次 一 类， S Y 0 4 、 S Y 0 5 、 S Y 0 6均采集于巷道排水渠内， 暴露空 气中时间长， 同时受矿井通风影响， 水化学特征趋同 于地表水， 使得与其他矿井涌水的差异大于与地表 水的差距。④S Y 1 1和 S Y 1 4划分为一类， 2个水样 取样位置均位于 K 9、 K1 1底板， 其补给水源可能为 K 9、