矿井突水水源综合快速判识设备及方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿井突水水源综合快速判识设备及方法，包括水位传感器、分光光路模块、水温传感器、模数转换器、中央处理器和显示器，水位传感器、分光光路模块和水温传感器的信号输出端通过模数转换器连接中央处理器的信号输入端，中央处理器的信号输出端连接显示器。本发明将传统的水化学分析判别法、水位分析判别法和水温分析判别法利用上述步骤中记载的方法复合为一个矿井突水水源综合判别模型，使得上述三个传统的方法能够相互弥补各自存在的缺陷，增加矿井突水水源综合判别结果的可信度，降低矿井突水水源综合判别过程的出错率，从而得到更精确的矿井突水水源综合判别结果。
【专利说明】矿井突水水源综合快速判识设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山水文地质、水化学测试【技术领域】，具体地指一种矿井突水水源综合快速判识设备及方法。
【背景技术】 [0002]矿井水害的形成和发生都有一个从孕育、聚积、演化、发展到突然爆发的变化过程。在这复杂变化过程的不同阶段，往往会从不同方面显现或暴露出不同程度的突水预兆。传统突水水源判别常常单独采用如下三种方法:
[0003]I)水化学分析判别法，水化学识别模块分别采用模糊综合判别法、灰色关联法、模糊识别法、人工神经网络法、系统聚类分析法、简约梯度法建立突水判别模型。
[0004]2)水位分析判别法，选取各个钻孔的水位标高作为判别因子，水位标高是指绝对标高，相对于黄海系绝对高程的标高，城市绝对高程零点与地下水位的距离。首先查明矿区最新的地下水位动态，选择代表性地面水文观测孔的水位记录。
[0005]3)水温分析判别法，地温随地层埋藏深度的增加而增加，呈线性关系变化规律。地温等于地温梯度乘以井深再加上恒温带温度。
[0006]实践证明单独利用上述三种方法进行突水水源判别，由于判别依据较为单一，会造成在出错率高，判别精度底等问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是要提供一种矿井突水水源综合快速判识设备及方法，该设备及方法能快速准确的对水源的质量进行分析。
[0008]为实现此目的，本发明所设计矿井突水水源综合快速判识设备，其特征在于:它包括水位传感器、分光光路模块、水温传感器、模数转换器、中央处理器和显示器，其中，所述水位传感器、分光光路模块和水温传感器的信号输出端通过模数转换器连接中央处理器的信号输入端，中央处理器的信号输出端连接显示器。
[0009]上述技术方案中，它还包括PH值电极，所述PH值电极的信号输出端通过模数转换器连接中央处理器的信号输入端。
[0010]上述技术方案中，它还包括导电率电极，所述导电率电极的信号输出端通过模数转换器连接中央处理器的信号输入端。
[0011 ] 上述技术方案中，它还包括氧化还原电位电极，所述氧化还原电位电极的信号输出端通过模数转换器连接中央处理器的信号输入端。
[0012]一种利用上述矿井突水水源综合快速判识设备进行矿井突水水源综合快速判识的方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0013]步骤1:在中央处理器内存储P个参考水源样本，其中，P=m*Z，m代表参考水源样本中含水层种类的个数，Z代表参考水源样本中第i种含水层包含的参考样品个数，i=l, 2，…，m ;[0014]步骤2:在中央处理器内根据P个参考水源样本建立含水层种类的评价集合U，有U=Ia1, a2、a3..., Bi,...aj，m代表参考水源样本中含水层种类的个数，Bi代表第i种含水层的判别元素因素集合，其中，所述判别元素因素集合包括含水层中的K+离子浓度加上Na+离子浓度、Ca2+离子浓度、Mg2+离子浓度、Cr离子浓度、SO42-离子浓度、HCO3-离子浓度、含水层的水位和含水层的水温，因此ai={an、a21、a31...，aki,...a8i}其中a8i代表第i种含水层中第8个判别元素因素的统计平均值；
[0015]步骤3:对某个待测矿井突水水源进行取样，通过分光光路模块测量所述待测矿井突水水源样本中K+离子、Na+离子、Ca2+离子、Mg2+离子、Cl—离子、S042_离子和HC03_离子的浓度，通过水位传感器测量所述待测矿井突水水源样本中的水位，通过水温传感器测量所述待测矿井突水水源样本中的水温，并将上述所有的浓度、水温和水位数据发送给中央处
理器；
[0016]其中，对于所述待测矿井突水水源样本，K+离子的浓度加Na+离子的浓度记为y1;Ca2+离子的浓度记为y2，Mg2+离子的浓度记为y3，CF离子的浓度记为y4，SO广离子的浓度记为y5，HC03_离子的浓度记为y6，水位记为y7，水温记为y8，则得到待测矿井突水水源的判别元素因素实测值 集合y={y17 y2, y3，y4，y5，y6，y7，y8}；
[0017]步骤4:由于上述各个待测矿井突水水源的判别元素因素，对待测矿井突水水源属于那种参考水源判断时的重要性不同，首先在中央处理器中建立待测矿井突水水源相对于参考水源的判别因子权重模糊矩阵E={ekl，ek2,...ekffl}，k=l, 2，...，8 ;其中，
【权利要求】
1.一种矿井突水水源综合快速判识设备，其特征在于:它包括水位传感器(I)、分光光路模块(3)、水温传感器(4)、模数转换器(8)、中央处理器(9)和显示器(2)，其中，所述水位传感器(I)、分光光路模块(3)和水温传感器(4)的信号输出端通过模数转换器(8)连接中央处理器(9)的信号输入端，中央处理器(9)的信号输出端连接显示器(2)。
2.根据权利要求1所述的矿井突水水源综合快速判识设备，其特征在于:它还包括PH值电极(5)，所述PH值电极(5)的信号输出端通过模数转换器(8)连接中央处理器(9)的信号输入端。
3.根据权利要求1所述的矿井突水水源综合快速判识设备，其特征在于:它还包括导电率电极(6)，所述导电率电极(6)的信号输出端通过模数转换器(8)连接中央处理器(9)的信号输入端。
4.根据权利要求1所述的矿井突水水源综合快速判识设备，其特征在于:它还包括氧化还原电位电极(7 )，所述氧化还原电位电极(7 )的信号输出端通过模数转换器(8 )连接中央处理器(9)的信号输入端。
5.一种利用权利要求1~4中任意一项所述矿井突水水源综合快速判识设备进行矿井突水水源综合快速判识的方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:在中央处理器(9)内存储P个参考水源样本，其中，P=m*Z，m代表参考水源样本中含水层种类的个数，Z代表参考水源样本中第i种含水层包含的参考样品个数，i=l, 2，…，m ; 步骤2:在中央处理器(9)内根据P个参考水源样本建立含水层种类的评价集合U，有U=Ia1, a2、a3..., Bi,...aj，m代表参考水源样本中含水层种类的个数，Bi代表第i种含水层的判别元素因素集合，其中，所述判别元素因素集合包括含水层中的K+离子浓度加上Na+离子浓度、Ca2+离子浓度、Mg2+离子浓度、Cr离子浓度、SO42-离子浓度、HCO3-离子浓度、含水层的水位和含水层的水温，因此ai={an、a21、a31...，aki,...a8i}其中a8i代表第i种含水层中第8个判别元素因素的统计平均值； 步骤3:对某个待测矿井突水水源进行取样，通过分光光路模块(3)测量所述待测矿井突水水源样本中K+离子、Na+离子、Ca2+离子、Mg2+离子、Cl—离子、S042_离子和HC03_离子的浓度，通过水位传感器(I)测量所述待测矿井突水水源样本中的水位，通过水温传感器(4)测量所述待测矿井突水水源样本中的水温，并将上述所有的浓度、水温和水位数据发送给中央处理器(9); 其中，对于所述待测矿井突水水源样本，K+离子的浓度加Na+离子的浓度记为y1; Ca2+离子的浓度记为y2，Mg2+离子的浓度记为y3，Cl—离子的浓度记为y4，SO广离子的浓度记为y5，HCO3-离子的浓度记为y6，水位记为y7，水温记为y8，则得到待测矿井突水水源的判别元素因素实测值集合 y={yi，y2，y3，y4，y5，y6，I1, y8}； 步骤4:由于上述各个待测矿井突水水源的判别元素因素，对待测矿井突水水源属于那种参考水源判断时的重要性不同，首先在中央处理器(9)中建立待测矿井突水水源相对于参考水源的判别因子权重模糊矩阵E={ekl，ek2,...ekffl}，k=l, 2，...，8 ;其中，
6.根据权利要求5所述的矿井突水水源综合快速判识的方法，其特征在于:在步骤I之前首先利用常规水化学分析判别法、水温分析判别法、水位分析判别法进行突水水源的初步判识，然后在利用上述步骤I~4所述的综合判别分析法最终判识突水水源对应的含水层种类。
【文档编号】G01N33/18GK103592420SQ201310571052
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】武强, 刘春生, 胡加斌, 刘鎏 申请人:武汉长盛煤安科技有限公司