煤矿地下水库储水系数计算方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种煤矿地下水库储水系数计算方法和系统，方法包括：确定煤矿地下水库底板预设面积；获取煤矿地下水库底板预设面积处的抽水前感应水罐内压强、抽水前水库水头高度和抽水前水库内部气压；对煤矿地下水库抽水，并获取水位稳定后水库底板预设面积处的抽水后感应水罐内压强、抽水后水库水头高度和抽水后水库内部气压；根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数。本发明专利技术通过对水库底板应力、水头、气压进行现场测量，并结合应力平衡方程计算储水系数的方式解决了现有技术中不是直接测量的方式造成计算的储水系数具有误差的技术问题。储水系数具有误差的技术问题。储水系数具有误差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
煤矿地下水库储水系数计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及煤矿领域，尤其涉及一种煤矿地下水库储水系数计算方法和系统。

技术介绍

[0002]煤矿开采过程中需要获取煤矿地下水库储水系数以保证开采，目前煤矿地下水库储水系数现场实测遇到的问题是：煤矿地下水库处于完全封闭的地下空间内，现有技术中很多煤矿地下水库储水系数计算方法并不是直接测量，而是通过实验室物理相似模拟试验，或通过数值模拟计算，而以上两种模拟方法与现场实际存在差异，因此获得的储水系数具有误差，不准确。

技术实现思路

[0003]基于以上问题，本专利技术提出一种煤矿地下水库储水系数计算方法和系统，通过对水库底板应力、水头、气压进行现场测量，并结合应力平衡方程计算储水系数的方式解决了现有技术中不是直接测量，而是通过实验室物理相似模拟试验，或通过数值模拟计算的方式造成计算的储水系数具有误差的技术问题。
[0004]本专利技术提出一种煤矿地下水库储水系数计算方法，包括：
[0005]确定煤矿地下水库底板预设面积；
[0006]获取煤矿地下水库底板预设面积处的抽水前感应水罐内压强、抽水前水库水头高度和抽水前水库内部气压；
[0007]对煤矿地下水库抽水，并获取水位稳定后水库底板预设面积处的抽水后感应水罐内压强、抽水后水库水头高度和抽水后水库内部气压；
[0008]根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数，影响参数至少包括：预设面积正上方潜水面以下岩石体积、预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积和预设面积正上方岩石质量。
[0009]此外，抽水前预设面积处应力平衡公式为：
[0010]P1A＝M
岩
g+ρ
水
gh1A+P
气1
A
‑
ρ
水
g(V
岩1
+V
无效空隙1
)，
[0011]抽水后预设面积处应力平衡公式为：
[0012]P2A＝M
岩
g+ρ
水
gh2A+P
气2
A
‑
ρ
水
g(V
岩2
+V
无效空隙2
)，
[0013]其中：A为预设面积，P1、P2为抽水前和抽水后感应水罐内压强；h1、h2为抽水前和抽水后水库水头高度；P
气1
、P
气2
为抽水前和抽水后水库内部气压；V
岩1
、V
岩2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下岩石体积；V
无效孔隙1
、V
无效孔隙2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积；M
岩
为预设面积正上方岩石质量；ρ
水
为水库水的密度；g为重力加速度。
[0014]此外，根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数包括：
[0015]对抽水前预设面积处应力平滑公式和抽水后预设面积处应力平滑公式相减后，整
理得到预设面积对应的排水量(V
岩1
+V
无效孔隙1
)
‑
(V
岩2
+V
无效孔隙2
)，
[0016][0017]此外，煤矿地下水库储水系数R计算公式为：
[0018][0019]根据求出的预设面积对应的排水量(V
岩1
+V
无效孔隙1
)
‑
(V
岩2
+V无效孔隙2以及预设面积对应的总体积Ah1
‑
h2计算R的值。
[0020]本专利技术还提出一种煤矿地下水库储水系数计算系统，包括：
[0021]感应水罐、水管、注放水阀门、外部水罐、水压计、测水位仪、处理器和气压仪；
[0022]水管的两端分别连接感应水罐和外部水罐，注放水阀门安装在水管上，水压计、测水位仪和气压仪分别与处理器连接，水压计放置在外部水罐的内部，测试外部水罐内的水压，测水位仪放置在水库的靠近底板处，气压仪放置在水库的上半部，测水位仪和气压仪分别测试水库手头高度和水库内部气压；通过应力感应水罐、外部水罐和水压计测量的数据计算得到感应水罐内压强；
[0023]煤矿地下水库储水系数计算方法如下：
[0024]确定煤矿地下水库底板预设面积；
[0025]获取煤矿地下水库底板预设面积处的抽水前感应水罐内压强、抽水前水库水头高度和抽水前水库内部气压；
[0026]对煤矿地下水库抽水，并获取水位稳定后水库底板预设面积处的抽水后感应水罐内压强、抽水后水库水头高度和抽水后水库内部气压；
[0027]根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数，影响参数至少包括：预设面积正上方潜水面以下岩石体积、预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积和预设面积正上方岩石质量。
[0028]此外，测水位仪为MinDiver。
[0029]此外，气压仪为Bivo。
[0030]此外，抽水前预设面积处应力平衡公式为：
[0031]P1A＝M
岩
g+ρ
水
gh1A+P
气1
A
‑
ρ
水
g(V
岩1
+V
无效空隙1
)，
[0032]抽水后预设面积处应力平衡公式为：
[0033]P2A＝M
岩
g+ρ
水
gh2A+P
气2
A
‑
ρ
水
g(V
岩2
+V
无效空隙2
)，
[0034]其中：A为预设面积，P1、P2为抽水前和抽水后感应水罐内压强；h1、h2为抽水前和抽水后水库水头高度；P
气1
、P
气2
为抽水前和抽水后水库内部气压；V
岩1
、V
岩2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下岩石体积；V
无效孔隙1
、V
无效孔隙2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积；M
岩
为预设面积正上方岩石质量；ρ
水
为水库水的密度；g为重力加速度。
[0035]此外，根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数包括：
[0036]对抽水前预设面积处应力平滑公式和抽水后预设面积处应力平滑公式相减后，整理得到预设面积对应的排水量(V
岩1
+V
无效孔隙1
)
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿地下水库储水系数计算方法，其特征在于，包括：确定煤矿地下水库底板预设面积；获取煤矿地下水库底板预设面积处的抽水前感应水罐内压强、抽水前水库水头高度和抽水前水库内部气压；对煤矿地下水库抽水，并获取水位稳定后水库底板预设面积处的抽水后感应水罐内压强、抽水后水库水头高度和抽水后水库内部气压；根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数，影响参数至少包括：预设面积正上方潜水面以下岩石体积、预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积和预设面积正上方岩石质量。2.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数计算方法，其特征在于，抽水前预设面积处应力平衡公式为：P1A＝M
岩
g+ρ
水
gh1A+P
气1
A
‑
ρ
水
g(V
岩1
+V
无效空隙1
)，抽水后预设面积处应力平衡公式为：P2A＝M
岩
g+ρ
水
gh2A+P
气2
A
‑
ρ
水
g(V
岩2
+V
无效空隙2
)，其中：A为预设面积，P1、P2为抽水前和抽水后感应水罐内压强；h1、h2为抽水前和抽水后水库水头高度；P
气1
、P
气2
为抽水前和抽水后水库内部气压；V
岩1
、V
岩2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下岩石体积；V
无效孔隙1
、V
无效孔隙2
为抽水前和抽水后预设面积正上方潜水面以下无效孔隙的体积；M
岩
为预设面积正上方岩石质量；ρ
水
为水库水的密度；g为重力加速度。3.根据权利要求2所述的煤矿地下水库储水系数计算方法，其特征在于，根据抽水前预设面积处应力平衡公式、抽水后预设面积处应力平衡公式以及影响参数计算得到煤矿地下水库储水系数包括：对抽水前预设面积处应力平滑公式和抽水后预设面积处应力平滑公式相减后，整理得到预设面积对应的排水量(V
岩1
+V
无效孔隙1
)
‑
(V
岩2
+V
无效孔隙2
)，4.根据权利要求3所述的煤矿地下水库储水系数计算方法，其特征在于，煤矿地下水库储水系数R计算公式为：根据求出的预设面积对应的排水量(V
岩1
+V
无效孔隙1
)
‑
(V
岩2
+V无效孔隙2以及预设面积对应的总体积Ah1
‑
h2计算R的值。5.一种煤矿地下水库储水系数计算系统，其特征在于，包括：感应水罐、水管、注放水阀门、外部水罐、水压计、测水位仪、处理器和气压仪；水管的两端分别连接感应水罐和外部水罐，注放水阀门安装在水管上，水压计、测水位仪和气压仪分别与处理器连接，水压计放置在外部水罐的内部，测试外部水罐内的水压，测水位仪放置在水库的靠近底板处，气压仪放...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海祥，曹志国，吴宝杨，张勇，王路军，武洋，
申请(专利权)人：国能神东煤炭集团有限责任公司北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：