[发明专利]一种基于离子复合电极检测技术和光谱分析技术的矿区水源识别方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于离子电极检测及光谱分析的矿区水源在线识别方法及系统。

背景技术

当前，煤矿开采或者煤层气开采都经常会遇到突水或透水事件，严重威胁着煤矿开采或者煤层气开采人员的安全，为了快速确定、判断、识别突水或透水的水源，本领域的技术人员做了深入的研究，提出了多种水源确定、判断、识别的方法。

地下水在形成过程中，由于受到含水层的沉积期、地层岩性、建造和地化环境等诸多因素的影响，使储存在不同含水层中的地下水的主要化学成分有所不同。

CN103389520公开了一种煤矿突水水源判别方法，该方法利用地下水中天然溶解性有机质（DOM）总含量和荧光特性，建立不同含水层的水化学特征，来实现突水水源的判别。由于地质-水文地质条件的差异，不同含水层中DOM类型和含量存在较大差异，而且同一含水层中DOM随地下水的迁移而不断发生变化。利用地下水中DOM建立不同含水层的水化学特征，可以解决目前煤矿突水水源难以判别的难题，促进煤矿防治水和水害治理工作的发展。

CN101923084公开了一种矿用水源识别方法及识别设备，该方法利用已知水源的化学特性建立水源样品库，然后确定识别指标，判断未知水源的类型。该方法可测量出水源的几种化学成分的含量，轻松地保存测量数据，采用多样品多测量的方法，建立一个精确地水源样品库，能够识别出待测水样的类型，避免矿井水害的发生，减少煤矿工作人员的负担，避免了煤矿水害带来的人员伤亡和煤矿危险事故的发生。

以上方法和设备的测量原理存在一定的缺陷，并不能在线、实时、快速、准确地测量出突水水源类型。

基于对水源的基本认识，提出一种基于离子电极检测及光谱分析的矿区水源在线识别方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于离子电极检测及光谱分析的矿区水源在线识别方法及系统。

离子电极检测技术的原理是，首先将X离子选择电极和参比电极结合在一起形成新型复合电极，然后将X离子复合电极浸入被测溶液，X离子选择电极的敏感膜与被测溶液间产生一定的电位，此电位和被测溶液中所含的此种离子的活度                                                之间的关系符合电化学理论中的能斯特方程。方程如下所示：

其中：

：由X离子复合电极插入被测溶液后产生的电池电动势

：X离子复合电极的截距电位（在一定条件下，可看作为一常数。）

R：气体常数(8.314J·K-1·mol-1)

F：法拉第常数(9.65×104C·mol-1)

Z：离子价数

T：溶液的绝对温度(273±t K)

:离子的活度。它与离子浓度CX的关系式为：=f·CX ，f一般称为活度系数，它是溶液的总离子强度的函数，在溶液中总离子强度不变的情况下，它是一个常数。  

在酸度测量中pH＝-lg，在一般的离子活度测量中pX＝-lg，比如溶液的氯度pCl=-lg，钠度pNa＝-lg等等，代入各个恒量的值，则上述能斯特方程可写为：

对一价离子，＝±0.1983T·pX(正、负号对应阴、阳离子)

对二价离子，＝±0.09915T·pX(正、负号对应阴、阳离子)

在pX的测量中，仪器加一“定位”信号，把电极信号中的 (或)“抵消”，这时＝-＝±S·pX或＝-＝±SlgCX成了简单的线性关系，测出后，即可知道pX或1gCX的大小。

光谱分析技术的原理是，在电磁辐射和物质之间会产生相互作用光吸收典型现象。当一束光穿过某物质时，其中部分辐射将被原子、分子或晶体格吸收。如果发生完全的吸收，根据Lambert-Beer定律，光吸收部分由穿过物质的光程和物质的物理—化学特性决定。

   或   

其中： 

     ：吸光度(A)

     ：已发射光束的强度

     ：吸收后光束的强度

     ：在波长λ下的摩尔消光系数

     ：物质的摩尔度

：光程

因此，当其他因子已知时，可通过吸光度计算出浓度“C”。样品和试剂之间发生特定的化学反应，产生可吸收的混合物，光谱法正是基于这一特性进行化学定量分析。