生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于绿色矿山技术领域，提供了一种生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法及系统，本发明专利技术首先通过生态脆弱区的矿井工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据确定煤层采后覆岩有效隔水层厚度；然后，根据煤层采后覆岩有效隔水层厚度，提出3种煤层采动生态潜水渗漏类型，并确定其渗漏状态；最后，在建立不同生态潜水渗漏状态下的井流模型的基础上，计算虚拟注水过程的生态水位降深，实现对不同生态潜水渗漏状态下的生态水位变异程度预测；避免了现场地质钻孔水位监测的方式，实现了对生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度全面预测。位变异程度全面预测。位变异程度全面预测。

【技术实现步骤摘要】
生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法及系统


[0001]本专利技术属于绿色矿山
，尤其涉及一种生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着经济发达地区煤炭资源枯竭和开采难度大现象的剧增，煤炭开采重心已转移至干旱、半干旱的生态脆弱区域。部分生态脆弱区域的年平均蒸发量可以达到降雨量的4
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8倍，生态地质环境脆弱，水资源匮乏；其中，第四系潜水是维系地表植被生态的重要生态水资源，受大规模煤炭资源开发，潜水生态水位发生变化，诱发植被枯萎、沙漠化加剧和地表部分积水等环境恶化问题；因此，准确预测煤层采动下生态水位变异程度，对生态脆弱矿区矿井安全开采和生态地质环境保护具有重要的理论和实践意义。
[0003]专利技术人发现，目前，研究煤层采动下生态水位变化规律，主要通过现场地质钻孔水位监测的方式获取，很少从地下水动力学角度考虑煤层采动下生态潜水水位解析预测方法；如果没有系统的煤层采动下生态潜水水位解析预测方法，仅从实测角度出发造成钻孔及其水位监测费用急剧增加，另一方面钻孔监测仅从“点”上监测、难以形成“面”的监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法及系统，本专利技术能够解决煤层采动下生态水位变异程度问题，为矿井安全开采和矿区生态地质环境保护提供理论参考依据。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，包括：
[0007]获取生态脆弱区的工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据；
[0008]根据工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据，确定导水裂缝带发育高度；
[0009]根据导水裂缝带发育高度，结合煤层覆岩地层结构，计算得到煤层采后覆岩有效隔水层厚度；
[0010]根据煤层采后覆岩有效隔水层厚度，通过阈值比较方法，确定生态潜水渗漏状态；
[0011]建立不同生态潜水渗漏状态下的井流模型；
[0012]将井流模型的水位下降过程看作虚拟抽水井，井流模型的水位恢复过程看作虚拟注水井，计算虚拟注水过程的水位降深恢复到不同程度对应的时间，对不同生态潜水渗漏状态下的生态水位变异程度进行预测。
[0013]进一步的，所述导水裂缝带发育高度通过煤层开采厚度和煤层埋深计算得到。
[0014]进一步的，潜水含水层底界面至煤层的距离减去所述导水裂缝带发育高度，等于所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度。
[0015]进一步的，结合矿区地质柱状图，确定覆岩有效隔水层的岩性组合，包括基岩、黄土和红土；
[0016]当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别大于对应的第一预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水不发生渗漏状态；
[0017]当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别小于等于对应的第一预设值，且分别大于等于预设的第二预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水发生渗漏状态；其中，对应的第一预设值大于对应的第二预设值；
[0018]当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别小于对应的第二预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水完全渗漏。
[0019]进一步的，结合虚拟抽水的时间、虚拟抽水流量，计算水位降深恢复到不同水位程度所需的恢复时间，预测潜水不发生渗漏状态下生态水位变异程度：
[0020]虚拟注水过程的降深等于第一数值和第二数值的乘积；所述第一数值等于虚拟抽水流量与4π和含水层的导水系数乘积的比；所述第二数值等于第三数值与第四数值的差，所述第三数值等于虚拟注水时间加上虚拟抽水时间的和与虚拟注水时间比值的自然对数，所述第四数值等于计算点到虚拟注水井的距离平方与给水度的积与4、含水层的导水系数和虚拟注水时间三者乘积的比值。
[0021]进一步的，虚拟抽水时间等于第五数值和第六数值的乘积；第五数值等于预设系数和虚拟抽水流量的乘积与含水层的导水系数的比值；第六数值等于预设系数、含水层的导水系数和虚拟抽水时间三者的积与计算点到虚拟抽水井的距离平方及给水度两者积的比值，再取以10为底数的对数值。
[0022]进一步的，结合虚拟抽水的时间、虚拟抽水流量，计算水位降深恢复到不同水位程度所需的恢复时间，预测潜水发生渗漏状态下生态水位变异程度：
[0023]虚拟注水过程的降深等于第七数值和第八数值的乘积；第七数值等于虚拟抽水流量与渗漏量的和与4π及含水层的导水系数乘积的比值；第八数值等于第九数值与第十数值的差，第九数值等于虚拟注水时间与虚拟抽水时间的和与虚拟注水时间比值的自然对数，第十数值等于计算点到虚拟注水井的距离平方和给水度的乘积与4π、含水层的导水系数及虚拟注水时间三者乘积的比值。
[0024]第二方面，本专利技术还提供了一种生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测系统，包括：
[0025]数据采集模块，被配置为：获取生态脆弱区的工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据；
[0026]第一计算模块，被配置为：根据工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据，确定导水裂缝带发育高度；
[0027]第二计算模块，被配置为：根据导水裂缝带发育高度，结合煤层覆岩地层结构，计算得到煤层采后覆岩有效隔水层厚度；
[0028]状态确定模块，被配置为：根据煤层采后覆岩有效隔水层厚度，通过阈值比较方法，确定生态潜水渗漏状态；
[0029]井流模型建立模块，被配置为：建立不同生态潜水渗漏状态下的井流模型；
[0030]预测模块，被配置为：将井流模型的水位下降过程看作虚拟抽水井，井流模型的水
位恢复过程看作虚拟注水井，计算虚拟注水过程的水位降深恢复到不同程度对应的时间，对不同生态潜水渗漏状态下的生态水位变异程度进行预测。
[0031]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法的步骤。
[0032]第四方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法的步骤。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0034]1、本专利技术首先通过生态脆弱区的工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据确定导水裂缝带发育高度，并根据导水裂缝带发育高度，计算得到煤层采后覆岩有效隔水层厚度；然后，根据煤层采后覆岩有效隔水层厚度，确定生态潜水渗漏状态；最后，在建立不同生态潜水渗漏状态下的井流模型的基础上，计算虚拟注水过程的降深，实现对不同生态潜水渗漏状态下的生态水位变异程度预测；避免了现场地质钻孔水位监测的方式，实现了对生态脆弱区煤层采动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，其特征在于，包括：获取生态脆弱区的工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据；根据工程地质条件、水文地质条件、煤层开采条件相关数据，确定导水裂缝带发育高度；根据导水裂缝带发育高度，结合煤层覆岩地层结构，计算得到煤层采后覆岩有效隔水层厚度；根据煤层采后覆岩有效隔水层厚度，通过阈值比较方法，确定生态潜水渗漏状态；建立不同生态潜水渗漏状态下的井流模型；将井流模型的水位下降过程看作虚拟抽水井，井流模型的水位恢复过程看作虚拟注水井，计算虚拟注水过程的水位降深恢复到不同程度对应的时间，对不同生态潜水渗漏状态下的生态水位变异程度进行预测。2.如权利要求1所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，其特征在于，所述导水裂缝带发育高度通过煤层开采厚度和煤层埋深计算得到。3.如权利要求1所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，其特征在于，潜水含水层底界面至煤层的距离减去所述导水裂缝带发育高度，等于所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度。4.如权利要求1所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，其特征在于，结合矿区地质柱状图，确定覆岩有效隔水层的岩性组合，包括基岩、黄土和红土；当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别大于对应的第一预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水不发生渗漏状态；当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别小于等于对应的第一预设值，且分别大于等于预设的第二预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水发生渗漏状态；其中，对应的第一预设值大于对应的第二预设值；当所述煤层采后覆岩有效隔水层厚度、黄土厚度和红土厚度分别小于对应的第二预设值时，确定生态潜水渗漏状态为潜水完全渗漏。5.如权利要求4所述的生态脆弱区煤层采动下生态水位变异程度预测方法，其特征在于，结合虚拟抽水的时间、虚拟抽水流量，计算水位降深恢复到不同水位程度所需的恢复时间，预测潜水不发生渗漏状态下生态水位变异程度：虚拟注水过程的降深等于第一数值和第二数值的乘积；所述第一数值等于虚拟抽水流量与4π和含水层的导水系数乘积的比；所述第二数值等于第三数值与第四数值的差，所述第三数值等于虚拟注水时间加上虚拟抽水时间的和与虚拟注水时间比值的自然对数，所述第四数值等于计算点到虚拟注水井的距离平方与给水度的积与4、含水层的导水系数和虚拟注水时间三者乘积的比值。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘士亮，张文慧，王傲，郑雨生，王山林，毛德强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：