[發明專利]礦井突水水源綜合快速判識設備及方法

有效

• 申請號: 201310571052.X
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103592420A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 武強;劉春生;胡加斌;劉鎏
• 申請（專利權）人: 武漢長盛煤安科技有限公司
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

1.一種礦井突水水源綜合快速判識設備，其特征在于：它包括水位傳感器（1）、分光光路模塊（3）、水溫傳感器（4）、模數轉換器（8）、中央處理器（9）和顯示器（2），其中，所述水位傳感器（1）、分光光路模塊（3）和水溫傳感器（4）的信號輸出端通過模數轉換器（8）連接中央處理器（9）的信號輸入端，中央處理器（9）的信號輸出端連接顯示器（2）。

2.根據權利要求1所述的礦井突水水源綜合快速判識設備，其特征在于：它還包括PH值電極（5），所述PH值電極（5）的信號輸出端通過模數轉換器（8）連接中央處理器（9）的信號輸入端。

3.根據權利要求1所述的礦井突水水源綜合快速判識設備，其特征在于：它還包括導電率電極（6），所述導電率電極（6）的信號輸出端通過模數轉換器（8）連接中央處理器（9）的信號輸入端。

4.根據權利要求1所述的礦井突水水源綜合快速判識設備，其特征在于：它還包括氧化還原電位電極（7），所述氧化還原電位電極（7）的信號輸出端通過模數轉換器（8）連接中央處理器（9）的信號輸入端。

5.一種利用權利要求1～4中任意一項所述礦井突水水源綜合快速判識設備進行礦井突水水源綜合快速判識的方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：在中央處理器（9）內存儲P個參考水源樣本，其中，P=m*Z，m代表參考水源樣本中含水層種類的個數，Z代表參考水源樣本中第i種含水層包含的參考樣品個數，i=1,2,...，m；

步驟2：在中央處理器（9）內根據P個參考水源樣本建立含水層種類的評價集合U，有U={a₁、a₂、a₃...,a_i,...a_m}，m代表參考水源樣本中含水層種類的個數，a_i代表第i種含水層的判別元素因素集合，其中，所述判別元素因素集合包括含水層中的K⁺離子濃度加上Na⁺離子濃度、Ca²⁺離子濃度、Mg²⁺離子濃度、Cl^-離子濃度、SO₄^2-離子濃度、HCO₃^-離子濃度、含水層的水位和含水層的水溫，因此a_i={a_1i、a_2i、a_3i...,a_ki,...a_8i}其中a_8i代表第i種含水層中第8個判別元素因素的統計平均值；

步驟3：對某個待測礦井突水水源進行取樣，通過分光光路模塊（3）測量所述待測礦井突水水源樣本中K⁺離子、N_a⁺離子、C_a²⁺離子、M_g²⁺離子、Cl^-離子、SO₄^2-離子和HCO₃^-離子的濃度，通過水位傳感器（1）測量所述待測礦井突水水源樣本中的水位，通過水溫傳感器（4）測量所述待測礦井突水水源樣本中的水溫，并將上述所有的濃度、水溫和水位數據發送給中央處理器（9）；

其中，對于所述待測礦井突水水源樣本，K⁺離子的濃度加Na⁺離子的濃度記為y₁，Ca²⁺離子的濃度記為y₂，Mg²⁺離子的濃度記為y₃，Cl^-離子的濃度記為y₄，SO₄^2-離子的濃度記為y₅，HCO₃^-離子的濃度記為y₆，水位記為y₇，水溫記為y₈，則得到待測礦井突水水源的判別元素因素實測值集合y={y₁，y₂，y₃，y₄，y₅，y₆，y₇，y₈}；

步驟4：由于上述各個待測礦井突水水源的判別元素因素，對待測礦井突水水源屬于那種參考水源判斷時的重要性不同，首先在中央處理器（9）中建立待測礦井突水水源相對于參考水源的判別因子權重模糊矩陣E={e_k1，e_k2,...e_km}，k=1,2,...,8；其中，

eki=ykaki/Σk=18ykakieki≥0Σk=18eki=1aki=Σp=1zxkip/Z---(1)]]>

上述公式（1）中y_k為所述待測礦井突水水源樣本的第k個因素的實測值k=1,2,...,8，a_ki為參考水源樣本中第i種含水層的第k個因素的統計平均值，其中Z代表參考水源樣本中第i種含水層包含的參考樣品個數，k=1,2,...，8；i=1,2,...，m,x_kip為參考水源樣本的第i種含水層中包含的第p個參考水源樣本的第k個評判因素的數值；

其次得出待測礦井突水水源相對于參考水源的判別因子權重模糊矩陣E：

然后在中央處理器（9）內建立待測礦井突水水源樣本相對于參考水源樣本的隸屬度模糊關系矩陣R={r_ki}，r_ki表示待測礦井突水水源樣本第k個評判因素相對于參考水源樣本中第i種含水層的隸屬度，由下列隸屬函數計算：

R(rki)=e-1bki(yk-aki)2]]>

bki=[Σp=1z(xkip-aki)2Z-1]12---(3)]]>

上述公式（3）中b_ki為參考水源樣本中第k個評判因素對第i種含水層的標準差，y_k為所述待測礦井突水水源樣本的第k個因素的實測值k=1,2,...,8，a_ki為參考水源樣本中第i種含水層的第k個因素的統計平均值，x_kip為參考水源樣本的第i種含水層中包含的第p個參考水源樣本的第k個評判因素的數值，Z代表參考水源樣本中第i種含水層包含的參考樣品，于是對每一個待測礦井突水水源樣本，均能得到一個模糊關系矩陣：

其中，T為轉置符號；

最后在中央處理器（9）內對待測礦井突水水源相對于參考水源的判別因子權重模糊矩陣E的m行8列數據的同一列數據相加求平均值，得到一個1行8列的待測礦井突水水源相對于參考水源的判別因子權重均值矩陣E1，得到待測礦井突水水源樣本隸屬于各種含水層的概率集合B，B=E1*R^T，得到B={b₁,b₂,...b_m}^T，b_i為該樣品隸屬于各個含水層的程度，i=1,2,...，m，在待測礦井突水水源樣本隸屬于各種含水層的概率集合B中概率最大值對應的含水層種類即為待測礦井突水水源對應的含水層種類。

6.根據權利要求5所述的礦井突水水源綜合快速判識的方法，其特征在于：在步驟1之前首先利用常規水化學分析判別法、水溫分析判別法、水位分析判別法進行突水水源的初步判識，然后在利用上述步驟1～4所述的綜合判別分析法最終判識突水水源對應的含水層種類。