CN104020505B - 一种煤矿地下水库的淤积监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿地下水库的淤积监测方法，包括以下步骤：对所述煤矿地下水库进行勘查；根据勘查结果确定淤积监测点；在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点；根据所述淤积监测点的监测情况，结合所述流量监测点的流量监测数据，分析淤积状态和出水量的变化，确定清淤周期。本发明根据煤矿地下水库特征，布设地下水库的淤积监测点，通过淤积监测和出水量监测，及时进行淤积物清理。由于淤积和水量监测的结合，避免了单一监测手段的局限和不可靠，该方法解决了煤矿地下水库封闭空间内淤积状态的监测问题，避免由于地下水库淤积造成大量水体被封闭形成突水安全隐患的情况，保障了地下水库的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及矿业工程及水利工程的综合应用，尤其涉及一种煤矿地下水库的淤积监测方法。
背景技术
我国是缺水国家，水资源短缺现象对国民经济发展和人民生活的改善构成了严重威胁。矿井水在煤炭开采过程中不可避免产生，作为一种宝贵的水资源，仅国有重点煤矿每年排放的矿井水就高达22亿吨，平均每开采一顿煤需要排放2吨废水。一方面，矿井水的外排，不仅浪费了大量宝贵的水资源，而且对周边环境极易构成严重的环境污染。另一方面，我国西部地区赋存着丰富的煤炭资源，但水资源匮乏，使得矿区用水及周边区域用水紧张的进一步恶化，已经严重制约了矿区的正常生产，不利于资源与环境的协调发展。因此，建设煤矿地下水库对地下水资源科学保护意义重大。空间上，地下水库避免矿井水外排，可降低采煤能耗，实现保水开采；时间上，使得水的使用能够实现均匀调配，解决矿区用水难和用水不均衡的问题。
“一种防治煤矿井下浮煤淤积的方法”、“水库清淤装置”、“集水井清淤系统及其清淤方式”、“一种防淤积排水体装置以及其方法”、“一种井下水仓煤泥淤积量检测装置”、“一套可清除江河、湖泊及海港内淤积物的装置”、“步履式矿井水仓清淤装置”、“一种驱动水库淤积泥沙再分布的装置和方法”等专利，通过自然冲刷、沉淀池、清淤装置、集水井等方法，提出了矿井水仓淤煤、地面水库泥沙淤积等的解决方案。但针对煤矿地下水库的淤积问题仍然没有可行的技术路径。
煤矿地下水库不同于地面水库，它依托煤矿开采后的采空区构建而成，是一个完全封闭的空间。水库内充填有垮落的破碎矸石，起到过滤层的作用，通过在水库上游注水、水库下游抽水，将矿井水过滤净化，直接用于井下工业生产。但这个过程中，由于松散矸石的分离以及悬浮颗粒物的沉淀，容易造成水库淤积，且淤积状态难以观测，不利于地下水库的运行，同时给井下安全生产造成隐患。
因此，有必要设计一种用于清洗煤矿地下水库淤积的监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种煤矿地下水库的淤积监测方法。
本发明的技术方案提供一种煤矿地下水库的淤积监测方法，包括以下步骤：
对所述煤矿地下水库进行勘查；
根据勘查结果确定淤积监测点；
在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点；
根据所述淤积监测点的监测情况，结合所述流量监测点的流量监测数据，分析淤积状态和出水量的变化，确定清淤周期。
较佳地，对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘察。
较佳地，所述地下水库的内外地质条件包括：所述煤矿地下水库所处岩层的岩性条件和所述煤矿地下水库内垮落矸石的结构形态。
较佳地，所述地下水的流动特征包括：地下水在所述煤矿地下水库内的流动方向和流速。
较佳地，对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
以物探为主，结合模型试验和观测数据进行校验。
较佳地，根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
根据地下水的流动特征，将所述淤积监测点选取在地下水下游的区域。
较佳地，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
根据地下水库的内外地质条件，将所述淤积监测点选取在矸石结构松散、泥质岩体占20％-50％的区域。
较佳地，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
将所述淤积监测点选取与抽水孔同一水库挡水坝50米的半径范围内的区域。
较佳地，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
通过物探手段定期监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情况，监测周期每月不少于一次。
较佳地，所述确定清淤周期的步骤，进一步包括：
当所述淤积监测点的物探监测显示淤积物堵塞主要水流通道时，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大时，需进行清淤。
较佳地，当所述抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30％以上，确定为一个清淤周期；清淤后重新设置所述水库运行初始值。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：本发明根据煤矿地下水库特征，布设地下水库的淤积监测点，通过淤积监测和出水量监测，及时进行淤积物清理。由于淤积和水量监测的结合，避免了单一监测手段的局限和不可靠，该方法解决了煤矿地下水库封闭空间内淤积状态的监测问题，避免由于地下水库淤积造成大量水体被封闭形成突水安全隐患的情况，保障了地下水库的安全运行。
附图说明
图1是本发明一实施例中煤矿地下水库的淤积监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明中煤矿地下水库的淤积监测方法，包括以下步骤：
步骤S100：对所述煤矿地下水库进行勘查。
对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
步骤S101：对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘察。
优选地，所述地下水库的内外地质条件包括：所述煤矿地下水库所处岩层的岩性条件和所述煤矿地下水库内垮落矸石的结构形态。
优选地，所述地下水的流动特征包括：地下水在所述煤矿地下水库内的流动方向和流速。
对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
步骤S102：以物探为主，结合模型试验和观测数据进行校验。对地下水库进行勘探，获得该水库垮落矸石的破碎块度和形态分布，采用模型试验得到相同条件的模拟数据，分别计算出过流速度，通过观测抽水孔的流量计算流速，用模型试验数据校验勘探数据。勘察的范围及密度可根据地下水库形态、地质条件等情况并结合实际工程需要而设定。
步骤S200：根据勘查结果确定淤积监测点。
根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
步骤S201：根据地下水的流动特征，将所述淤积监测点选取在地下水下游的区域。由于地下水下游为容易淤积的位置，因此在地下水下游布置淤积监测点，有利于准确监测淤积情况。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
步骤S202：根据地下水库的内外地质条件，将所述淤积监测点选取在矸石结构松散、泥质岩体占20％-50％的区域。矸石结构松散、泥质岩体较多的区域容易因为矸石和泥质岩体的垮落形成淤积，因此在此布置淤积监测点，有利于准确监测淤积情况。低于20％认为泥质岩体不够多。但大于50％时，过多的泥质岩体，不利于水流通过，淤积的变化特征不明显，不利于监测，因此设定为50％以下。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
步骤S203：将所述淤积监测点选取与抽水孔同一水库挡水坝50米的半径范围内的区域。由于监测点和抽水孔都只能设置在水库挡水坝上，抽水孔附近的位置也是容易淤积的位置，因此在此布置淤积监测点，同样有利于准确监测淤积情况。
上述步骤S201、步骤S202和步骤S203，根据地下水库的实际情况，可以全部选取，或选取其中一个，或任意两个。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
步骤S204：通过物探手段定期监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情况，监测周期每月不少于一次。还可以每月多次测量，或每天测量，在特殊时期甚至可以每天测量多次。淤积物是指细小矸石颗粒的沉淀物。
步骤S300：在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点。
步骤S400：根据所述淤积监测点的监测情况，结合所述流量监测点的流量监测数据，分析淤积状态和出水量的变化，确定清淤周期。
所述确定清淤周期的步骤，进一步包括：
步骤S401：当所述淤积监测点的物探监测显示淤积物堵塞主要水流通道时，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大时，需进行清淤。
优选地，当所述抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30％以上，确定为一个清淤周期；清淤后重新设置所述水库运行初始值。水库运行初始值是指水库最初运行时的出水量。抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30％为确定一个清淤周期的临界点，最佳的清淤时机，就是当下降到30％后，立刻开始清淤。可以通过自动控制系统来监控抽水孔的出水量，当出水量下降到30％后，控制开始清淤操作，及时排淤。当然，也可以通过人工定期观测，但人工观测到的出水量的下降率有可能已经超过了30％。
淤积监测点和清淤周期应根据地下水库实际条件及运行年限，结合矿井安全生产的要求，进行调整和设定。
下面以神华集团神东矿区大柳塔矿地下水库的清淤应用情况为实施例，对本发明作进一步描述：
(1)煤矿地下水库勘查：通过物探技术对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘察，获得地下水库所处岩层的岩性、地下水库内垮落矸石结构形态(例如：破碎砾度)、地下水在水库内的流动方向、流速。
(2)地下水库淤积监测点的选定：根据地下水在水库内的流动特征，地下水库所处岩层的岩性以及地下水库内垮落矸石结构形态，在抽水孔附近确定了2个淤积监测点，该区域矸石结构松散、泥质岩体较多。通过地质雷达物探手段进行监测，每月监测1次，主要监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情况。
(3)地下水库流量监测点的设定：在地下水库的抽水孔设置的流量监测仪。
(4)地下水库运行状态的监测：根据淤积监测点的物探监测情况，结合地下水库抽水孔设置的流量监测仪数据，进行地下水库运行状态的监测，通过分析淤积状态和出水量的变化(基于地下水库进水量稳定的情况)，确定清淤周期，进行煤矿地下水库淤积物的清理。煤矿地下水库将抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30％，确定为一个清淤周期。该水库进行过一次清淤，由于抽水孔的出水量大幅下降，由平均300m3/h下降到200m3/h，触发清淤阈值，经过清淤后，目前出水量达320m3/h。
本发明根据煤矿地下水库的特征，布设地下水库淤积监测点，通过物探监测和出水量监测，及时进行淤积物清理，物探和水量监测的结合，避免了单一监测手段的局限和不可靠，确定的清淤周期也有助于现场实施，该方法解决了煤矿地下水库封闭空间内淤积状态的监测问题，避免由于地下水库淤积造成大量水体被封闭形成突水安全隐患的情况，保障了地下水库的安全运行。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种煤矿地下水库的淤积监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述煤矿地下水库进行勘查；
根据勘查结果确定淤积监测点；
在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点；
根据所述淤积监测点的监测情况，结合所述流量监测点的流量监测数据，分析淤积状态和出水量的变化，确定清淤周期。
2.根据权利要求1所述的淤积监测方法，其特征在于，对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘察。
3.根据权利要求2所述的淤积监测方法，其特征在于，所述地下水库的内外地质条件包括：所述煤矿地下水库所处岩层的岩性条件和所述煤矿地下水库内垮落矸石的结构形态。
4.根据权利要求2所述的淤积监测方法，其特征在于，所述地下水的流动特征包括：地下水在所述煤矿地下水库内的流动方向和流速。
5.根据权利要求1所述的淤积监测方法，其特征在于，对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤，进一步包括：
以物探为主，结合模型试验和观测数据进行校验。
6.根据权利要求2所述的淤积监测方法，其特征在于，根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
根据地下水的流动特征，将所述淤积监测点选取在地下水下游的区域。
7.根据权利要求2所述的淤积监测方法，其特征在于，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
根据地下水库的内外地质条件，将所述淤积监测点选取在矸石结构松散、泥质岩体占20％-50％的区域。
8.根据权利要求1所述的淤积监测方法，其特征在于，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
将所述淤积监测点选取与抽水孔同一水库挡水坝50米的半径范围内的区域。
9.根据权利要求1所述的淤积监测方法，其特征在于，所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤，进一步包括：
通过物探手段定期监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情况，监测周期每月不少于一次。
10.根据权利要求1所述的淤积监测方法，其特征在于，所述确定清淤周期的步骤，进一步包括：
当所述淤积监测点的物探监测显示淤积物堵塞主要水流通道时，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大时，需进行清淤。
11.根据权利要求10所述的淤积监测方法，其特征在于，当所述抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30％以上，确定为一个清淤周期；清淤后重新设置所述水库运行初始值。
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