[發明專利]一種基于離子復合電極檢測技術和光譜分析技術的礦區水源識別方法及系統

有效

• 申請號: 201410395539.1
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104122319B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 悅紅軍;劉志高;張春
• 申請（專利權）人: 華安奧特（北京）科技股份有限公司
• 主分類號: G01N27/49
• 分類號: G01N27/49;G01N21/31
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于離子電極檢測及光譜分析的礦區水源在線識別方法及系統。

背景技術

當前，煤礦開采或者煤層氣開采都經常會遇到突水或透水事件，嚴重威脅著煤礦開采或者煤層氣開采人員的安全，為了快速確定、判斷、識別突水或透水的水源，本領域的技術人員做了深入的研究，提出了多種水源確定、判斷、識別的方法。

地下水在形成過程中，由于受到含水層的沉積期、地層巖性、建造和地化環境等諸多因素的影響，使儲存在不同含水層中的地下水的主要化學成分有所不同。

CN103389520公開了一種煤礦突水水源判別方法，該方法利用地下水中天然溶解性有機質（DOM）總含量和熒光特性，建立不同含水層的水化學特征，來實現突水水源的判別。由于地質-水文地質條件的差異，不同含水層中DOM類型和含量存在較大差異，而且同一含水層中DOM隨地下水的遷移而不斷發生變化。利用地下水中DOM建立不同含水層的水化學特征，可以解決目前煤礦突水水源難以判別的難題，促進煤礦防治水和水害治理工作的發展。

CN101923084公開了一種礦用水源識別方法及識別設備，該方法利用已知水源的化學特性建立水源樣品庫，然后確定識別指標，判斷未知水源的類型。該方法可測量出水源的幾種化學成分的含量，輕松地保存測量數據，采用多樣品多測量的方法，建立一個精確地水源樣品庫，能夠識別出待測水樣的類型，避免礦井水害的發生，減少煤礦工作人員的負擔，避免了煤礦水害帶來的人員傷亡和煤礦危險事故的發生。

以上方法和設備的測量原理存在一定的缺陷，并不能在線、實時、快速、準確地測量出突水水源類型。

基于對水源的基本認識，提出一種基于離子電極檢測及光譜分析的礦區水源在線識別方法及系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于離子電極檢測及光譜分析的礦區水源在線識別方法及系統。

離子電極檢測技術的原理是，首先將X離子選擇電極和參比電極結合在一起形成新型復合電極，然后將X離子復合電極浸入被測溶液，X離子選擇電極的敏感膜與被測溶液間產生一定的電位，此電位和被測溶液中所含的此種離子的活度????????????????????????????????????????????????之間的關系符合電化學理論中的能斯特方程。方程如下所示：

其中：

：由X離子復合電極插入被測溶液后產生的電池電動勢

：X離子復合電極的截距電位（在一定條件下，可看作為一常數。）

R：氣體常數(8.314J·K-1·mol-1)

F：法拉第常數(9.65×104C·mol-1)

Z：離子價數

T：溶液的絕對溫度(273±t?K)

:離子的活度。它與離子濃度CX的關系式為：=f·CX?，f一般稱為活度系數，它是溶液的總離子強度的函數，在溶液中總離子強度不變的情況下，它是一個常數。??

在酸度測量中pH＝-lg，在一般的離子活度測量中pX＝-lg，比如溶液的氯度pCl=-lg，鈉度pNa＝-lg等等，代入各個恒量的值，則上述能斯特方程可寫為：

對一價離子，＝±0.1983T·pX(正、負號對應陰、陽離子)

對二價離子，＝±0.09915T·pX(正、負號對應陰、陽離子)

在pX的測量中，儀器加一“定位”信號，把電極信號中的?(或)“抵消”，這時＝-＝±S·pX或＝-＝±SlgCX成了簡單的線性關系，測出后，即可知道pX或1gCX的大小。

光譜分析技術的原理是，在電磁輻射和物質之間會產生相互作用光吸收典型現象。當一束光穿過某物質時，其中部分輻射將被原子、分子或晶體格吸收。如果發生完全的吸收，根據Lambert-Beer定律，光吸收部分由穿過物質的光程和物質的物理—化學特性決定。

???或???

其中：?

?????：吸光度(A)

?????：已發射光束的強度

?????：吸收后光束的強度

?????：在波長λ下的摩爾消光系數

?????：物質的摩爾度

：光程

因此，當其他因子已知時，可通過吸光度計算出濃度“C”。樣品和試劑之間發生特定的化學反應，產生可吸收的混合物，光譜法正是基于這一特性進行化學定量分析。