矿井涌水量计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种矿井涌水量的计算方法及装置，其中计算方法包括：当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为矿井涌水量；在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为矿井涌水量；其中，二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。本发明专利技术实施例的计算方法在重力释水时间段，将二元结构体的释水量与边界过水断面渗入矿井水量之和作为矿井涌水量，相比现有技术计算的涌水量更加精确。

【技术实现步骤摘要】
矿井涌水量计算方法及装置
本专利技术实施例涉及地质勘探
，更具体地，涉及矿井涌水量计算方法及装置。
技术介绍
目前主要的涌水量计算方法有大井法、比拟法、数值法。基于传统采煤方法、规模等因素的矿井涌水量计算，囿于对矿井水文地质条件的简单概化，对矿井地下水含水系统认识不足，忽略了矿井地下水含水系统二元结构体的存在，或仅重视其导水作用，而忽视了其自身含水的释放。这是矿井涌水量计算往往误差较大的重要原因之一。如，常用的“大井法”就完全无视其“井”含水介质的存在，漏掉了矿井最初、最直接的涌水，因此是不全面、不准确的计算。比拟法为经验公式，没有理论依据，且需要比拟对象。数值法需要完备的水文地质数据，对勘探结果的详细程度有很大的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的矿井涌水量计算方法及装置。根据本专利技术实施例的第一个方面，提供一种矿井涌水量的计算方法，所述矿井处于以裂隙层和空隙层叠置而成的二元结构体构成的地下水含水系统，所述计算方法包括：当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算所述二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为所述矿井涌水量；在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算所述地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为所述矿井涌水量；其中，所述二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。根据本专利技术实施例的第二个方面，提供一种矿井涌水量的计算装置，所述矿井处于以裂隙层和空隙层叠置而成的二元结构体构成的地下水含水系统，所述计算装置包括：初始涌水量计算模块，用于当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算所述二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为所述矿井涌水量；后续时间段涌水量计算模块，用于在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算所述地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为所述矿井涌水量；其中，所述二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。根据本专利技术实施例的第三个方面，还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的计算方法。根据本专利技术实施例的第四个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的计算方法。本专利技术实施例提出的矿井涌水量的计算方法及装置，以煤层顶部岩层发生冒裂时的重力释水时间段为分割节点，在重力释水时间段，将二元结构体的释水量与边界过水断面渗入矿井水量之和作为矿井涌水量，相比现有技术计算的涌水量更加精确。附图说明图1为根据本专利技术实施例提供的裂隙层裂隙发育特征的流程示意图；图2为根据本专利技术实施例提供的矿井用水量的计算方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例提供的二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量的计算方法的流程示意图；图4为根据本专利技术实施例提供的二元结构体的箱型模型的结构示意图；图5为根据本专利技术实施例提供的矿井用水量的计算装置的功能框图；图6为根据本专利技术实施例提供的电子设备的框图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术实施例的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术实施例，但不用来限制本专利技术实施例的范围。为了克服现有技术的上述问题，本专利技术实施例提供一种矿井涌水量的计算方法，矿井处于以裂隙层和空隙层叠置而成的二元结构体构成的地下水含水系统。煤矿开采伴随着围岩结构的扰动、破坏，尤其是煤层顶板地层的破坏。在非充填开采条件下，随着采煤工作面的推进，煤层顶板周期性冒裂，采空区发育演变为冒裂二元结构体(简称二元结构体)并随之周期性延展，形成矿井地下水含水系统。冒裂二元结构体所及含水层的周期性释水及外侧原生地下水系统含水层通过其边界过水断面向采空区渗流排泄，形成矿井涌水。原生地下水系统水文地质条件，决定矿井涌水量大小及其动态变化，最终决定作为局部地下水系统的矿井地下水系统水文地质特征和功能。煤炭资源与地下水资源相伴而生，在空间上呈复杂的叠置关系。按含水层与煤层的空间位置关系，可分为顶板含水系统和底板含水系统。按含水系统的空隙特征又可分为孔隙、裂隙、孔隙-裂隙及岩溶等含水系统。含水系统的空间组合及其与地下水流动系统的耦合，构成矿区(区域)地下水系统。矿井地下水含水系统是指采煤过程中，煤层顶板岩层周期性破断冒落及破裂形成的地下含水空间区域，由冒落带(空隙层)和裂隙带(裂隙层)组成，为冒裂二元结构体。其下部冒落带由垮落岩块堆积而成，含水空间既包括岩块间的空隙，又有岩块中的破断裂隙和原生空隙，称空隙层；上部裂隙带由新生裂隙和原生空隙构成含水空间，称裂隙层。图1为根据本专利技术实施例提供的裂隙层裂隙发育特征的流程示意图，图中1、2和3分别表示粘塑性岩层、弹脆性岩层和裂隙。单工作面矿井地下水含水系统的二元结构体以顶、底及四周原岩为界呈不规则六面体展布，与导水裂隙(缝)带空间范围一致。侧向边界往往超出采煤边界。图2为根据本专利技术实施例提供的矿井用水量的计算方法的流程示意图，如图所示，包括：S101、当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为矿井涌水量。需要说明的是，本专利技术实施例针对非充填式开采，煤层顶板周期性冒裂，形成以裂隙层、空隙层叠置而成的二元结构体为基本特征的矿井地下水含水系统。二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，共同构成矿井涌水。每次冒裂，矿井涌水量都包含了两个阶段，首先是二元结构体的重力释水(自然疏干)阶段，释水(冒裂含水层自然疏干)持续时间相对较短，随顶板冒裂周期性发生，是间歇性的。由于重力释水阶段发生时间较短，现有技术在计算涌水量时往往忽略了这一时段释水的量，但本专利技术实施例通过计算弹性释水量和重力释水量，准确地计算出了二元结构体在重力释水时间段的释水量。需要说明的是，本专利技术实施例中二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。本领域技术人员可以理解的是，将由于水头降低引起的含水层释水称作弹性释水，表示面积为1m2，厚度为1m的含水层，当水头下降1m时的水量，一般假设弹性释放水量是在瞬间完成的，而潜水含水层的重力疏干则不同，地下水位下降所引起的水量释放存在一个过程。S102、在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为矿井涌水量。在重力释水时间段之后则是边界过水断面汇(渗)水阶段，该阶段持续时间相对较长，通常是持续的。在矿井地下水含水系统(冒裂二元结构体)释水的同时，原生地下水系统通过矿井地下水含水系统边界过水断面向采空区汇水、排泄。根据地下水渗流理论，可用计算各过水断面单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井涌水量的计算方法，所述矿井处于以裂隙层和空隙层叠置而成的二元结构体构成的地下水含水系统，其特征在于，所述计算方法包括：当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算所述二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为所述矿井涌水量；在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算所述地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为所述矿井涌水量；其中，所述二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。

【技术特征摘要】
1.一种矿井涌水量的计算方法，所述矿井处于以裂隙层和空隙层叠置而成的二元结构体构成的地下水含水系统，其特征在于，所述计算方法包括：当煤层顶板岩层发生冒裂时，在当前冒裂的重力释水时间段，计算所述二元结构体的释放水量以及地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量之和，作为所述矿井涌水量；在当前冒裂的重力释水时间段之后，计算所述地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量，作为所述矿井涌水量；其中，所述二元结构体的释放水量根据二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量以及各含水层的重力释水流量之和获得。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量，通过以下方法计算：计算当前冒裂的空隙层的弹性释水量与当前冒裂的裂隙层的弹性释水量之和，作为当前冒裂的二元结构体的弹性释水量；计算当前冒裂的二元结构体的重力释水体积量与当前冒裂的二元结构体的重力释水流量的商，作为当前冒裂的重力释水时间段；计算当前冒裂的二元结构体的弹性释水量与当前冒裂的重力释水时间段的商，作为二元结构体的弹性释水量在当前冒裂的重力释水时间段的平均流量。3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述当前冒裂的空隙层的弹性释水量，通过以下公式计算：其中，QK弹表示第j次冒裂的空隙层的弹性释水量，Fj表示第j次冒裂的冒落面积，n表示空隙层中含水层的总数，Hg表示空隙层中第g个含水层的承压水头，表示空隙层中第g个含水层的贮水系数；所述当前冒裂的裂隙层的弹性释水量，通过以下公式计算：其中，Ql弹表示第j次冒裂的裂隙层的弹性释水量，p表示裂隙层中含水层的总数，He表示裂隙层中第e个含水层的承压水头，表示裂隙层中第e个含水层的贮水系数。4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述当前冒裂的二元结构体的重力释水体积量，通过以下公式计算：其中，Qj重表示二元结构体的重力释水体积量，Mi表示二元结构体中第i个含水层的厚度，ui表示二元结构体中第i个含水层的承压水头，N表示二元结构体中含水层的总数；所述当前冒裂的二元结构体的重力释水流量，通过以下公式计算：其中，表示二元结构体的重力释水流量，Ki表示二元结构体中第i个含水层渗透系数。5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述地下水含水系统边界过水断面渗入矿井水量...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅耀军，杜金龙，牟兆刚，梁叶萍，郭婵妤，唐朝苗，徐翰，王丹丹，韩金辉，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局勘查研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11