一种地下水库储水能力的模拟测定方法技术

本发明专利技术公开了一种地下水库储水能力的模拟测定方法，其包括以下步骤：构建煤矿模型，其中，所述煤矿模型包括煤层以及所述煤层上方的上覆岩层；采出所述煤矿模型中的煤层，在所述煤矿模型中形成采空区；对所述上覆岩层向下施加压力，使得所述上覆岩层向所述采空区垮落，并确定采空区内垮落的岩体的体积；根据采空区以及采空区内垮落的岩体的体积计算煤矿地下水库的储水系数，该煤矿地下水库的储水系数用于反映地下水库储水能力。本发明专利技术能够快速精确测取煤矿地下水库的储水量，解决矿区用水难和用水不均衡的问题，从而实现合理调配矿井地下水资源。水资源。水资源。

A simulation method for measuring the water storage capacity of underground reservoirs

【技术实现步骤摘要】
一种地下水库储水能力的模拟测定方法


[0001]本专利技术属于应用
，具体涉及一种地下水库储水能力的模拟测定方法。

技术介绍

[0002]储水系数是指煤矿地下水库单位体积空间内储存的矿井水量，是一个在三维空间与一维时间不断变化的四维变量，是反映煤矿地下水库储水能力的最直接和最关键的技术参数，同时也是和煤矿地下水库库容计算、水头标高预测等的关键技术参数，直接影响煤柱坝体、人工坝体的可靠性。
[0003]我国西部地区是严重缺水的地区，并且存在水资源供给季节性失衡的问题，同时地下水的流失也不利于当地生态环境的恢复，建立矿井地下水库是解决矿区用水难和用水不均衡的重要手段，因此，有必要通过测定矿井地下水库的储水能力来合理调配矿井地下水资源。
[0004]现有技术中，关于地下水库储水系数的研究大部分采用规则几何体代替复杂的、不规则的采空区垮落岩体的空隙结构，并不能反映真实岩体空隙复杂性和非均匀性；还有部分研究通过铺设内部装有大量监测设备三维相似模型来测定采空区储水量，但这种方法较为复杂，不仅成本高而且费时费力。
[0005]现在亟须一种地下水库储水能力的模拟测定方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是如何快速精确测取煤矿地下水库的储水量，解决矿区用水难和用水不均衡的问题，从而实现合理调配矿井地下水资源。
[0007]针对上述问题，本专利技术提供了一种地下水库储水能力的模拟测定方法。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种地下水库储水能力的模拟测定方法，包括以下步骤：
[0009]构建煤矿模型，其中，所述煤矿模型包括煤层以及所述煤层上方的上覆岩层；
[0010]采出所述煤矿模型中的煤层，在所述煤矿模型中形成采空区；
[0011]对所述上覆岩层向下施加压力，使得所述上覆岩层向所述采空区垮落，并确定采空区内垮落的岩体的体积；
[0012]根据采空区以及采空区内垮落的岩体的体积计算煤矿地下水库的储水系数，该煤矿地下水库的储水系数用于反映地下水库储水能力。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，构建煤矿模型，包括以下步骤：
[0014]基于相似原理，根据煤矿的实际地质参数，分层铺设煤层以及所述煤层上方的上覆岩层，形成煤矿模型，其中，所述上覆岩层包括相互叠置的多个岩层。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述多个岩层的相邻两个岩层之间铺设有云母片。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述煤层通过液压顶推装置模拟，采出所述煤矿模型中的煤层，包括以下步骤：
[0017]将作为煤层的液压顶推装置由供压状态转变为卸荷状态。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述煤层通过隔水袋模拟，采出所述煤矿模型中的煤层，包括以下步骤：
[0019]将作为煤层的隔水袋中的水完全排出。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述煤层通过可升降金属板模拟，采出所述煤矿模型中的煤层，包括以下步骤：
[0021]将作为煤层的可升降金属板从煤层顶部高度下降至煤层底部高度。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，对所述上覆岩层向下施加压力，包括以下步骤：
[0023]利用置于所述上覆岩层上方的施加压力装置，对所述上覆岩层施加压力，使得所述上覆岩层向下垮落。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，确定采空区内垮落的岩体的体积，包括以下步骤：
[0025]将采空区内部的岩体逐一取出，利用扫描设备对取出的所有岩体进行扫描，将扫描得到的所有岩体的体积的总和，作为采空区内垮落的岩体的体积。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，通过以下表达式，根据采空区以及采空区内垮落的岩体的体积计算煤矿地下水库的储水系数：
[0027][0028]其中，β为煤矿地下水库的储水系数，V
m
为采空区的体积，V
l
为采空区内垮落的岩体的体积。
[0029]在本专利技术的一些实施例中，所述煤层以及所述煤层上方的上覆岩层的外侧均设置有模型框架；在由所述模型框架构成的模拟箱体的底部设置有用于支撑所述模拟箱体的基座；所述模拟箱体的外侧及顶部设置有用于固定所述模拟箱体的支架。
[0030]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0031]应用本专利技术的地下水库储水能力的模拟测定方法，构建煤矿模型，其中，所述煤矿模型包括煤层以及所述煤层上方的上覆岩层；采出所述煤矿模型中的煤层，在所述煤矿模型中形成采空区；对所述上覆岩层向下施加压力，使得所述上覆岩层向所述采空区垮落，并确定采空区内垮落的岩体的体积；根据采空区以及采空区内垮落的岩体的体积计算煤矿地下水库的储水系数，该煤矿地下水库的储水系数用于反映地下水库储水能力，能够快速精确测取煤矿地下水库的储水量，解决矿区用水难和用水不均衡的问题，从而实现合理调配矿井地下水资源。
[0032]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0033]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0034]图1示出了本专利技术实施例一地下水库储水能力的模拟测定方法的流程图；
[0035]图2示出了本专利技术实施例二三维固液耦合相似模型示意图；
[0036]图3示出了本专利技术实施例二地下水库储水能力的模拟测定方法的流程图；
[0037]图4示出了本专利技术实施例二对采空区中模拟材料块体和颗粒进行三维扫描的示意图，
[0038]其中，在附图中，1
‑
煤层；2
‑
云母片；3
‑
模型框架；4
‑
扫描设备。
具体实施方式
[0039]以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。
[0040]实施例一
[0041]为解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种地下水库储水能力的模拟测定方法。
[0042]参照图1，本实施例的地下水库储水能力的模拟测定方法，包括以下步骤：
[0043]S110，基于相似原理，根据煤矿的实际地质参数，分层铺设煤层以及所述煤层上方的上覆岩层，形成煤矿模型，其中，所述上覆岩层包括相互叠置的多个岩层；
[0044]S120，采出所述煤矿模型中的煤层，在所述煤矿模型中形成采空区；
[0045]S130，对所述上覆岩层向下施加压力，使得所述上覆岩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水库储水能力的模拟测定方法，其特征在于，包括以下步骤：构建煤矿模型，其中，所述煤矿模型包括煤层以及所述煤层上方的上覆岩层；采出所述煤矿模型中的煤层，在所述煤矿模型中形成采空区；对所述上覆岩层向下施加压力，使得所述上覆岩层向所述采空区垮落，并确定采空区内垮落的岩体的体积；根据采空区以及采空区内垮落的岩体的体积计算煤矿地下水库的储水系数，该煤矿地下水库的储水系数用于反映地下水库储水能力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建煤矿模型，包括以下步骤：基于相似原理，根据煤矿的实际地质参数，分层铺设煤层以及所述煤层上方的上覆岩层，形成煤矿模型，其中，所述上覆岩层包括相互叠置的多个岩层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个岩层的相邻两个岩层之间铺设有云母片。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤层通过液压顶推装置模拟，采出所述煤矿模型中的煤层，包括以下步骤：将作为煤层的液压顶推装置由供压状态转变为卸荷状态。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤层通过隔水袋模拟，采出所述煤矿模型中的煤层，包括以下步骤：将作为煤层的隔水袋中的水完全排出。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚强岭，李全生，曹志国，吴宝杨，王伟男，郭红，张勇，回新冬，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：