CN105137487A - 基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法 - Google Patents

基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法 Download PDF

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李玉宝
啜晓宇
赵立松
孙新博
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Abstract

本发明公开了一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，涉及煤矿作业区域地下水流场测量方法技术领域。包括：确定井下放水钻孔位置，利用井下巷道构建井下微震监测系统；施工井下放水钻孔，对目标含水层实施人工放水，形成微震事件；通过井下微震监测系统对监测区内钻孔放水前、放水期间和放水后一段时段内所有微震事件进行监测，提取微震事件信息；将监测区内微震事件按照时、空序列进行描述，根据含水层内微震事件发生位置、时间、密度、频度进行综合分析，对人工放水干扰情况下的地下水流场特征进行描述。所述方法可以确定地下水强径流带、垂向导水通道及突水危险地段位置，为预防和避免煤矿重大突水事故发生及水资源保护提供技术依据。

Description

基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法
技术领域
本发明涉及煤矿作业区域地下水流场测量方法技术领域，尤其涉及一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法。
背景技术
常规地下水流场描述方法包括物探、钻探、放水试验、示踪试验、连通试验等技术。物探受地表地形条件、井下巷道条件影响较大；钻探成本高、控制范围小；各种水文地质试验，工程浩大、操作复杂，需要很多辅助条件，而且上述技术均不能实现实时、连续监测评价，极易漏掉一些关键技术信息。微震监测技术是近年来发展起来的一种新的物探技术，通过在煤矿井下提前埋设的高灵敏度检波器监测、接收岩石破裂产生的微小震动信号，采用专业软件将这些信息解码为有效的微震信号，对这些微震事件发生的时间、位置、频度、密度、能量等进行分析，可解决一系列地质水文地质问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，所述方法可以确定地下水强径流带、垂向导水通道及突水危险地段位置，为预防和避免煤矿重大突水事故发生及水资源保护提供技术依据。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于包括如下步骤：
1）确定井下放水钻孔位置，围绕放水钻孔，利用井下巷道构建井下微震监测系统；
2）施工井下放水钻孔，对目标含水层实施人工放水，在放水钻孔附近快速形成地下水漏斗，促使地下水由常规状态下二维层流转变为三维紊流，在真空吸蚀、弹性释放和水压力传导的作用下，诱发岩溶崩塌、含水层储水结构破坏现象产生，形成微震事件；
3）通过井下微震监测系统对监测区内钻孔放水前、放水期间和放水后一段时段内所有微震事件进行全空间、实时、连续监测，提取自然状态下背景场微震事件及人工干扰场微震事件信息；
4）将监测区内微震事件按照时、空序列进行描述，根据含水层内微震事件发生位置、时间、密度、频度进行综合分析，对人工放水干扰情况下的地下水流场特征进行描述。
进一步的技术方案在于：构建井下微震监测系统的方法如下：根据工作区巷道环境条件，以放水钻孔终孔位置为中心，井下微震检波器采用全包围或半包围的形式布置，所有检波器底端要求朝向监测区域埋设，埋设深度大于巷道松动圈，相邻检波器水平间距控制在150m以内，检波器铅垂方向高差大于2m。
进一步的技术方案在于：空间上按照含水层内微震事件平面及垂向分布情况进行描述，时间上按照先后顺序描述，分别绘制不同时段内含水层内微震事件空间分布平面图、剖面图。
进一步的技术方案在于：地下水流场特征描述的方法如下：微震事件发生的部位就是含水层内岩溶裂隙发育、岩层富水及地下水强径流带位置，具体的，对放水时段内含水层内微震事件空间分布规律做平面投影，含水层内微震事件平面集密发育带指示地下水强径流带位置；根据微震事件在剖面上的发育情况，剖面中微震密集发育带指示地下水垂向导水通道位置；微震事件发生的时间顺序指示地下水径流方向及过水通道扩充过程。
进一步的技术方案在于：微震检波器采用全包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈矩形或不规则形状进行四周封闭式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。
进一步的技术方案在于：微震检波器采用半包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈半圆形或不规则形状进行一侧包围、一侧敞开式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。
进一步的技术方案在于：所述微震检波器包括单轴检波器和三轴检波器。
进一步的技术方案在于：选定煤矿生产中防治水重点地区布置井下放水钻孔。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述地下水流场描述方法根据工作需要，通过井下钻孔放水，对地下水流场实施人工干扰，打破地下水流场原有平衡，在真空吸蚀、弹性释放、水压力传导等作用下，人工诱发一系列微震事件发生，监测、分析这些微震事件的时、空变化规律，可以确定地下水强径流带、垂向导水通道及突水危险地段位置，为预防和避免煤矿重大突水事故发生及水资源保护提供技术依据。
附图说明
图1是本发明中井下微震检波器全包围式布置图；
图2是本发明中井下微震检波器半包围式布置图；
图3是本发明中微震事件平面分布图；
图4是本发明中微震事件剖面分布图；
图5是某矿地下水强径流带微震监测结果图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明公开了一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，包括如下步骤：
1）选定煤矿生产中防治水重点地区布置井下放水钻孔，围绕放水钻孔，利用井下巷道构建井下微震监测系统；
具体的，构建井下微震监测系统的方法如下：根据工作区巷道环境条件，以放水钻孔终孔位置为中心，井下微震检波器采用全包围或半包围的形式布置，所有检波器底端要求朝向监测区域埋设，埋设深度大于巷道松动圈，相邻检波器水平间距控制在150m以内，检波器铅垂方向高差大于2m。
进一步的，请参考图1，微震检波器采用全包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈矩形或不规则形状进行四周封闭式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统，所述微震检波器包括单轴检波器和三轴检波器。
进一步的，请参考图2，微震检波器采用半包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈半圆形或不规则形状进行一侧包围、一侧敞开式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统，所述微震检波器包括单轴检波器和三轴检波器。
2）施工井下放水钻孔，对目标含水层实施人工放水，在放水钻孔附近快速形成地下水漏斗，促使地下水由常规状态下二维层流转变为三维紊流，在真空吸蚀、弹性释放和水压力传导的作用下，诱发岩溶崩塌、含水层储水结构破坏现象产生，形成微震事件；
3）通过井下微震监测系统对监测区内钻孔放水前、放水期间和放水后一段时段内所有微震事件进行全空间、实时、连续监测，提取自然状态下背景场微震事件及人工干扰场微震事件信息；
4）将监测区内微震事件按照时、空序列进行描述，根据含水层内微震事件发生位置、时间、密度、频度进行综合分析，对人工放水干扰情况下的地下水流场特征进行描述。
进一步的，空间上按照含水层内微震事件平面及垂向分布情况进行描述，时间上按照先后顺序描述，分别绘制不同时段内含水层内微震事件空间分布平面图、剖面图。
微震事件发生的部位就是含水层内岩溶裂隙发育、岩层富水及地下水强径流带位置，具体的，对放水时段内含水层内微震事件空间分布规律做平面（平面是指水平面或顺岩层层面）投影，如图3所示，含水层内微震事件平面集密发育带指示地下水强径流带位置，如图5所示；根据微震事件在剖面（剖面是指铅垂剖面或垂直岩层层面剖面）上的发育情况，如图4所示，剖面中微震密集发育带指示地下水垂向导水通道位置，如图5所示；微震事件发生的时间顺序指示地下水径流方向及过水通道扩充过程，如图5所示。
所述地下水流场描述方法根据工作需要，通过井下钻孔放水，对地下水流场实施人工干扰，打破地下水流场原有平衡，在真空吸蚀、弹性释放、水压力传导等作用下，人工诱发一系列微震事件发生，监测、分析这些微震事件的时、空变化规律，可以确定地下水强径流带、垂向导水通道及突水危险地段位置，为预防和避免煤矿重大突水事故发生及水资源保护提供技术依据。

Claims (8)

1.一种基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于包括如下步骤：
1）确定井下放水钻孔位置，围绕放水钻孔，利用井下巷道构建井下微震监测系统；
2）施工井下放水钻孔，对目标含水层实施人工放水，在放水钻孔附近快速形成地下水漏斗，促使地下水由常规状态下二维层流转变为三维紊流，在真空吸蚀、弹性释放和水压力传导的作用下，诱发岩溶崩塌、含水层储水结构破坏现象产生，形成微震事件；
3）通过井下微震监测系统对监测区内钻孔放水前、放水期间和放水后一段时段内所有微震事件进行全空间、实时、连续监测，提取自然状态下背景场微震事件及人工干扰场微震事件信息；
4）将监测区内微震事件按照时、空序列进行描述，根据含水层内微震事件发生位置、时间、密度、频度进行综合分析，对人工放水干扰情况下的地下水流场特征进行描述。
2.如权利要求1所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于构建井下微震监测系统的方法如下：
根据工作区巷道环境条件，以放水钻孔终孔位置为中心，井下微震检波器采用全包围或半包围的形式布置，所有检波器底端要求朝向监测区域埋设，埋设深度大于巷道松动圈，相邻检波器水平间距控制在150m以内，检波器铅垂方向高差大于2m。
3.如权利要求1所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于：空间上按照含水层内微震事件平面及垂向分布情况进行描述，时间上按照先后顺序描述，分别绘制不同时段内含水层内微震事件空间分布平面图、剖面图。
4.如权利要求3所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于地下水流场特征描述的方法如下：微震事件发生的部位就是含水层内岩溶裂隙发育、岩层富水及地下水强径流带位置，具体的，对放水时段内含水层内微震事件空间分布规律做平面投影，含水层内微震事件平面集密发育带指示地下水强径流带位置；根据微震事件在剖面上的发育情况，剖面中微震密集发育带指示地下水垂向导水通道位置；微震事件发生的时间顺序指示地下水径流方向及过水通道扩充过程。
5.如权利要求1所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于：微震检波器采用全包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈矩形或不规则形状进行四周封闭式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。
6.如权利要求1所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于：微震检波器采用半包围的方式是指以放水钻孔终孔位置为中心，沿井下已有巷道呈半圆形或不规则形状进行一侧包围、一侧敞开式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。
7.如权利要求5或6所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于：所述微震检波器包括单轴检波器和三轴检波器。
8.如权利要求1所述的基于人工放水干扰场的地下水流场描述方法，其特征在于：选定煤矿生产中防治水重点地区布置井下放水钻孔。
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