CN107525557A - 一种准确测量煤矿地下水库库容的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准确测量煤矿地下水库库容的方法，该方法包括如下步骤：通过对煤田布置钻孔，或者结合现有的地质资料来确定煤层厚度及各个岩层的具体厚度；计算由下往下硬岩层、软弱岩层各自垮落储水高度和裂隙储水高度；采集垮落带岩层范围以下岩层的碎涨系数，采空区走向长及采空区倾向长，通过如下公式计算垮落带、裂隙带岩层范围储水量；通过水位实时监测系统测量煤矿地下水库水位；根据的高度值确定水库库容由下往上所覆盖岩层的高度，计算煤矿地下水库库容。本发明在水位变化时，可以由水位的变化求取水库水储量的变化，或者计算水库的剩余空间等关键数据，对于水库的调配，水资源的预控都有重要作用。

Description

一种准确测量煤矿地下水库库容的方法
技术领域
本发明涉及一种水库库容测量方法，尤其涉及一种准确测量煤矿地下水库库容的方法。
背景技术
煤矿地下水库是利用煤炭开采形成的采空区岩体空隙，用人工坝体将不连续的安全煤柱连接形成水库坝体，形成相对封闭的储水空间，同时建设矿井水注入设施和取水设施，充分利用采空区岩体对矿井水的自然净化作用，实现矿井水井下储存与利用，该技术已成功在神东矿区全面实施。煤矿地下水库的库容在研究之处采用的方法是水库储水体积乘以储水系数，而储水系数引自《煤矿防治水规定》，该系数是一个经验系数，受煤矿开采多种因素制约，通过影响因素间接估算，并不是直接计算的数学推动系数。
申请号为CN201210256976.6的中国发明专利公开了一种矿井地下水库的库容确定方法，其测量地下水库的库容需要基准矿井，而且需要基准井的岩体强度、煤层埋藏深度、煤层厚度及开采尺寸与待测矿井地下水库一致，这些数据如何量化，如何算一致暂且不好确定，地下水库数量本身就不多，哪里好找埋藏深度、煤层厚度及开采尺寸与待测矿井地下水库一致的矿井，同时如果没有这些条件一致的矿井，这个方法的实用性就大打折扣，因此急需一种新的方式来精确衡量地下水库的库容。
同时，也是最主要的，我们需要精确测量不同水库深度其水库库容，因为库容量并不是与水深成线性关系的，甚至变化非常大；矿上需要随时知道水库的准确库容，按照以往的线性估算，会造成巨大差异，因为采空区面积巨大，基数太大；因此寻找一种可以准确测量煤矿地下水库库容的方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种准确测量煤矿地下水库库容的方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种准确测量煤矿地下水库库容的方法，该方法包括如下步骤：
步骤①：通过对煤田布置钻孔，或者结合现有的地质资料来确定煤层厚度h煤及各个岩层的具体厚度；
步骤②：通过如下公式计算由下往下硬岩层、软弱岩层各自垮落储水高度和裂隙储水高度，
硬岩层综放开采垮落储水高度
硬岩层综放开采裂隙储水高度
软弱岩层综放开采垮落储水高度
软弱岩层综放开采裂隙储水高度
步骤③：采集垮落带岩层范围以下岩层的碎涨系数k，采空区走向长L及采空区倾向长l，通过如下公式计算垮落带岩层范围储水量Q1，i∈(1，n)，i为垮落储水高度内从下往上第i层岩层；
采集导水裂隙带中分层储水系数σj及分层体积Vi，通过如下公式计算裂隙带岩层范围储水量Q2，j∈(n+1，m)，j为裂隙储水高度内从下往上第j层岩层；
步骤④：通过水位实时监测系统测量煤矿地下水库水位h水位；
步骤⑤：根据h水位的高度值确定水库库容由下往上所覆盖岩层的高度hi，通过如下公式计算煤矿地下水库库容Q总，
优选地，上述准确测量煤矿地下水库库容的方法的步骤③中，垮落带的分层体积以方形计算，裂隙带的分层体积以梯形计算。
优选地，上述准确测量煤矿地下水库库容的方法的步骤④中，水位实时监测系统包括压力传感器、监测管和主机，所述压力传感器通过监测地下水库的压力来确定水位高度，所述压力传感器、主机分别位于监测管的两端，所述监测管从人工坝体的底部穿过，所述压力传感器与主机连接，所述主机通过无线通信方式将水位数据实时传输到地面指挥中心。
优选地，上述准确测量煤矿地下水库库容的方法中，所述压力传感器通过防水线缆与主机连接。
优选地，上述准确测量煤矿地下水库库容的方法中，所述监测管的左端为能够与水库连通的网体，所述压力传感器位于网体内侧。
优选地，上述准确测量煤矿地下水库库容的方法中，所述监测管中间设有阻碍水流流向人工坝体外侧的防渗块。
本发明的有益效果是：
本发明在水位变化时，可以由水位的变化求取水库水储量的变化，或者计算水库的剩余空间等关键数据，对于水库的调配，水资源的预控都有重要作用，对水库的安全预警也有重要参考价值。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中水位实时监测系统的使用状态示意图；
图2为本发明中水位实时监测系统的结构示意图；
图3为本发明中分层体积的模型示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-压力传感器，2-监测管，3-主机，4-网体，5-防渗块，6-地下水库，7-人工坝体。
具体实施方式
下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-2所示，水位实时监测系统包括压力传感器1、监测管2和主机3，压力传感器1通过监测地下水库6的压力来确定水位高度。压力传感器1、主机3分别位于监测管2的两端，监测管2从人工坝体7的底部穿过。压力传感器1通过防水线缆与主机连3接，主机3通过无线通信方式将水位数据实时传输到地面指挥中心。监测管2的左端为能够与地下水库6连通的网体4，压力传感器位于网体4内侧。监测管2中间设有阻碍水流流向人工坝体外侧的防渗块5。
利用图3所示模型，进行分层体积的计算。
煤层顶板以上的岩层及厚度为：煤层5m；砂质泥岩3m；中砂岩11m；细砂岩7m；粉砂岩7m；泥岩7m；粉砂岩4m。
计算垮落带高度为：15m左右，裂隙带为35m左右；
垮落带15m左右内，分别为砂质泥岩3m，中砂岩11m，这与计算吻合，碎涨系数分别取1.2和1.6；
储量Q11＝2000×200×3×0.2/1.2＝20w；储量Q11指的是第一分层，也就是砂质泥岩的内部储量；
储量Q12＝2000×200×11×0.6/1.6＝165w；储量Q12指的是第二分层，也就是中砂岩的内部储量；
裂隙带35m左右，往上分别为细砂岩7m，粉砂岩7m，泥岩7m，这与计算吻合，各个分层的储水系数分别为：0.12、0.13、0.1。
细砂岩梯形的上下边分别为：
L1下＝L-2H1cotθ＝1907m，L1上＝L1下-2h1cotθ＝1865m；
粉砂岩梯形的上下边分别为：
L2下＝L1上＝1865m，L2上＝L2下-2h2cotθ＝1823m；
泥岩梯形的上下边分别为：
L3下＝L2上＝1823m，L3上＝L2下-2h3cotθ＝1781m；
体积分别为：V1＝l·(L1上+L1下)h1/2＝2640400m3，
V2＝l·(L2上+L2下)h2/2＝2581600m3，
V3＝l·(L3上+L3下)h3/2＝2522800m3；
进而计算得到：Q21＝σ1V1＝316848m3，
Q22＝σ2V2＝343252m3，
Q23＝σ3V3＝252280m3。
所以，应用本发明可以建立一套完整精确的计算公式，当水位变化时，可以由水位的变化求取水库水储量的变化，或者计算水库的剩余空间等关键数据，对于水库的调配，水资源的预控都有重要作用，对水库的安全预警也有重要参考价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤①：通过对煤田布置钻孔，或者结合现有的地质资料来确定煤层厚度h煤及各个岩层的具体厚度；
步骤②：通过如下公式计算由下往下硬岩层、软弱岩层各自垮落储水高度和裂隙储水高度，
硬岩层综放开采垮落储水高度
硬岩层综放开采裂隙储水高度
软弱岩层综放开采垮落储水高度
软弱岩层综放开采裂隙储水高度
步骤③：采集垮落带岩层范围以下岩层的碎涨系数k，采空区走向长L及采空区倾向长l，通过如下公式计算垮落带岩层范围储水量Q1，i为垮落储水高度内从下往上第i层岩层；
采集导水裂隙带中分层储水系数σj及分层体积Vi，通过如下公式计算裂隙带岩层范围储水量Q2，j为裂隙储水高度内从下往上第j层岩层；
步骤④：通过水位实时监测系统测量煤矿地下水库水位h水位；
步骤⑤：根据h水位的高度值确定水库库容由下往上所覆盖岩层的高度hi，通过如下公式计算煤矿地下水库库容Q总，
2.根据权利要求1所述的准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于：所述步骤③中，垮落带的分层体积以方形计算，裂隙带的分层体积以梯形计算。
3.根据权利要求1所述的准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于：所述步骤④中，水位实时监测系统包括压力传感器、监测管和主机，所述压力传感器通过监测地下水库的压力来确定水位高度，所述压力传感器、主机分别位于监测管的两端，所述监测管从人工坝体的底部穿过，所述压力传感器与主机连接，所述主机通过无线通信方式将水位数据实时传输到地面指挥中心。
4.根据权利要求3所述的准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于：所述压力传感器通过防水线缆与主机连接。
5.根据权利要求3所述的准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于：所述监测管的左端为能够与水库连通的网体，所述压力传感器位于网体内侧。
6.根据权利要求3所述的准确测量煤矿地下水库库容的方法，其特征在于：所述监测管中间设有阻碍水流流向人工坝体外侧的防渗块。
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