CN111550288A - 一种监测突水溃沙灾害的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及矿井水文地质领域，公开一种监测突水溃沙灾害的方法，包含以下步骤：S1，确定矿区内风积沙层的沙粒起动速度和溃沙临界速度；S2，监测目标含水层的流速动态数据和流向动态数据；S3，根据沙粒起动速度、溃沙临界速度、流速动态数据和流向动态数据，确定突水溃沙情况。本发明通过监测风积沙含水层流速和流向，并结合沙粒起动速度以及溃沙临界速度就能够准确预测预警突水溃沙灾害的发生以及准确定位突水溃沙点，能够实现突水溃沙灾害的检测以及预测，保证了煤矿安全生产。

Description

一种监测突水溃沙灾害的方法
技术领域
本发明涉及矿井水文地质领域，尤其涉及一种监测突水溃沙灾害的方法。
背景技术
突水溃沙是在井下开采矿产资源时，裂隙或小断层导通富水且因风化等原因失去抗剪性的砂(沙)体，砂(沙)体原有平衡被打破，在重力作用下，水沙流加速流入井下，直至淹井，水沙重新达到平衡稳定状态的一种地质灾害，又称溃水溃沙。
我国西部矿区主采煤层覆岩结构总体上具有浅埋深、薄基岩、厚松散沙层的特点。随着开采技术和装备水平的不断进步，煤炭开发的强度也在不断加大，多数矿井采用大采高、快速推进的高强度开采方式，覆岩破坏范围大，一旦导水裂隙带或者垮落带岩层与上覆松散含水层沟通，极易导致矿井发生突水溃沙灾害，同时诱发地表塌陷、水资源流失等生态灾害。
研究突水溃沙，是为了保证煤矿安全生产，确保矿工生命安全。由于突水溃沙灾害一旦发生，会在短时间内造成人员财产损伤，留给抢灾救灾的时间和机会并不多，所以突水溃沙的监测是防止灾害发生的关键。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种监测突水溃沙灾害的方法，本发明能够实现对突水溃沙的监测，以保证煤矿安全生产。
本发明采用的技术方案如下：
一种监测突水溃沙灾害的方法，包含以下步骤：
S1，确定矿区内风积沙层的沙粒起动速度和溃沙临界速度；
S2，监测目标含水层的流速动态数据和流向动态数据；
S3，根据沙粒起动速度、溃沙临界速度、流速动态数据和流向动态数据，确定突水溃沙情况。
优选的，确定突水溃沙的情况时，监测目标含水层的流速是否达到沙粒起动流速，若达到沙粒起动流速，则目标含水层为突水溃沙隐患区，此时进行突水溃沙灾害预警；若达到溃沙临界速度，则目标含水层为突水溃沙区，此时进行突水溃沙灾害预警；若未达到沙粒起动流速，则根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动。
优选的，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起流速流向改变的潜在突水点。
优选的，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，流速为沙粒起动速度的0.8-1.0倍时，此时进行突水溃沙灾害预警，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起周围流场改变的突水溃沙隐患区。
优选的，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，流速达到溃沙临界速度，此时进行突水溃沙灾害预警，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起周围流场改变的突水溃沙区。
优选的，在矿区内布设多个监测孔，监测孔钻孔至松散层、基岩和目标含水层，在监测孔中监测目标含水层的流速动态数据和流向动态数据。
优选的，按梅花型布设多个监测孔。
优选的，S1的过程包括：
对矿区内风积沙层进行取样，对所取样本进行颗粒流动实验、溃沙实验和水沙两相流动实验，通过物理模拟实验确定沙层的沙粒起动速度，以及溃沙临界速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过监测风积沙含水层流速和流向，并结合沙粒起动速度以及溃沙临界速度就能够准确预测预警突水溃沙灾害的发生以及准确定位突水溃沙点，能够实现突水溃沙灾害的检测以及预测，保证了煤矿安全生产。
附图说明
图1为本发明实施例中监测孔布置图；
图2为本发明监测突水溃沙灾害的方法流程图；
图3为本发明实施例中确定突水溃沙区域示意图。
图中，1-监测孔A，2-监测孔B，3-突水溃沙隐患区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参照图1和图2，本发明监测突水溃沙灾害的方法，包含以下步骤：
(1)进行水文地质条件勘探工作时，按梅花型布设多个监测孔，通过钻孔测量每个监测孔的大地坐标和孔口标高，钻孔至松散层、基岩和目标含水层后，测量每个监测孔的松散层顶底板标高、基岩顶底板标高以及目标含水层的静水位标高；
(2)根据测量的松散层、基岩和目标含水层的数据，绘制松散层的等高线图、松散层的厚度等值线图、基岩的等高线图和基岩的厚度等值线图；
(3)对矿区内风积沙层进行取样，利用水沙两相渗流实验装置，开展颗粒流动实验、溃沙实验和水沙两相流动实验。通过物理模拟实验确定沙层第一临界速度即沙粒起动速度，以及第二临界速度即溃沙临界速度；
(4)运用高灵敏度地下水流速流向测试仪器针对目标含水层的流速和流向实施在线实时监测；
(5)对目标含水层的流速和流向动态数据进行分析，确定突水溃沙的隐患区域，监测突水溃沙隐患区域的流速是否达到沙粒起动流速；若突水溃沙隐患区域的流速未达到沙粒起动流速，统一水文地质单元里，整个含水层的流向基本是一致的，通过实时监测每个监测孔中的流速与流向变化特征，根据流速与流向共同确定含水层是否受到扰动，参照图3，具体过程如下：
a.任一监测孔中流速和流向产生变化，将该监测孔中测定的流向与与之最近的监测孔测定的流向分别进行延伸，两个监测孔流向延长线的交点即为引起流速流向改变的潜在突水点；
b.任一监测孔中流速和流向产生变化，流速为第一临界速度的0.8-1.0倍时，即可进行预警，将该监测孔中测定的流向与与之最近的监测孔测定的流向分别进行延伸，两个监测孔流向延长线的交点即为引起周围流场改变的突水溃沙隐患区；
c.任一监测孔中流速产生变化，达到第二临界速度，即溃沙临界速度，将该监测孔中测定的流向与与之最近的监测孔测定的流向分别进行延伸，两个监测孔流向延长线的交点即为引起周围流场改变的突水溃沙区。
实施例：
(1)进行水文地质条件勘探工作时，按梅花型布设多个监测孔(如图3所示)，孔间距500m，通过钻孔测量每个钻孔的大地坐标和孔口标高，钻孔至松散层、基岩和目标含水层后，测量每个监测孔的松散层顶底板标高、基岩顶底板标高以及目标含水层的静水位标高；
(2)根据测量的松散层、基岩和目标含水层的数据，绘制松散层的等高线图、松散层的厚度等值线图、基岩的等高线图和基岩的厚度等值线图；
(3)对矿区内风积沙层进行取样，利用水沙两相渗流实验装置，开展颗粒流动实验、溃沙实验和水沙流动实验。通过实验获得第一临界流速为1.2mm/s，第二临界流速为3.5mm/s。
(4)运用高灵敏度地下水流速流向测试仪器针对目标含水层的流速和流向实施在线实时监测，获取各钻孔流速和流向数据；
(5)对流速和流向动态数据进行分析，通过“梅花形钻孔”(7个钻孔)结合沟谷两侧和中心钻孔，确定突水溃沙隐患区域：
如图3所示，监测网整体流速0.5mm/s，流向为正北方向即0°(图3中最左侧长剪头所指方向为流向，也为正北方向)，监测孔A中流速为1.1mm/s，流向为89°，监测孔A流速为第一临界速度1.2mm/s的0.917倍，即可进行预警；与监测孔A最近的监测孔B中流速为0.9mm/s，流向为38°，将监测孔A和监测孔B的流向分别进行延伸，监测孔A和监测孔B流向延长线的交点即为引起周围流场改变的突水溃沙隐患区3。
由上述可以看出，本发明具有如下优点：1)通过监测风积沙含水层流速，准确预测预警突水溃沙灾害的发生；2)通过监测风积沙含水层流向，准确定位突水溃沙点；3)通过高灵敏度地下水流速流向监测系统，进一步提高预测突水溃沙灾害的准确程度。

Claims (8)

1.一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1，确定矿区内风积沙层的沙粒起动速度和溃沙临界速度；
S2，监测目标含水层的流速动态数据和流向动态数据；
S3，根据沙粒起动速度、溃沙临界速度、流速动态数据和流向动态数据，确定突水溃沙情况。
2.根据权利要求1所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，确定突水溃沙的情况时，监测目标含水层的流速是否达到沙粒起动流速，若达到沙粒起动流速，则目标含水层为突水溃沙隐患区，此时进行突水溃沙灾害预警；若达到溃沙临界速度，则目标含水层为突水溃沙区，此时进行突水溃沙灾害预警；若未达到沙粒起动流速，则根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动。
3.根据权利要求2所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起流速流向改变的潜在突水点。
4.根据权利要求2所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，流速为沙粒起动速度的0.8-1.0倍时，此时进行突水溃沙灾害预警，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起周围流场改变的突水溃沙隐患区。
5.根据权利要求2所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，根据目标含水层流速与流向变化特征共同确定含水层是否受到扰动时，若目标含水层中任一监测点流速和流向产生变化，流速达到溃沙临界速度，此时进行突水溃沙灾害预警，则该监测点流向延长线与该监测点相距最近监测点流向延长线的交点为引起周围流场改变的突水溃沙区。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，
在矿区内布设多个监测孔，监测孔钻孔至松散层、基岩和目标含水层，在监测孔中监测目标含水层的流速动态数据和流向动态数据。
7.根据权利要求6所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，按梅花型布设多个监测孔。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种监测突水溃沙灾害的方法，其特征在于，S1的过程包括：
对矿区内风积沙层进行取样，对所取样本进行颗粒流动实验、溃沙实验和水沙两相流动实验，通过物理模拟实验确定沙层的沙粒起动速度，以及溃沙临界速度。
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