一种采空区地下水库有效储水量测量方法技术

本发明专利技术公开了一种采空区地下水库有效储水量测量方法，涉及液位测量技术领域。该测量方法包括如下步骤：首先根据采场覆岩赋存结构特征，分别建立两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型；其次，根据采空区内冒落煤岩体所受载荷的表达式，对采空区冒落岩石承载区域进行划分，并得出划分后的各区域内的有效储水能力；通过浅埋厚松散层基岩移动模型，确定地下水库储水库容计算的关键参数；最后，根据步骤a中建立的两类地下水库储水空间结构模型，提出每类地下水库储水空间结构模型所对应的地下水库储水库容的计算方法，结合步骤b和步骤c对地下水库储水库容进行计算。本发明专利技术测量方法更精确的得出了采空区内有效储水空间。精确的得出了采空区内有效储水空间。精确的得出了采空区内有效储水空间。

【技术实现步骤摘要】
一种采空区地下水库有效储水量测量方法


[0001]本专利技术涉及液位测量
，具体涉及一种采空区地下水库有效储水量测量方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采重心逐渐西移，导致西部煤炭资源大规模开采，从而诱发西部矿区脆弱的生态环境进一步恶化，特别是水资源的大量流失已严重威胁矿区正常生产、生活。在我国煤炭主产矿区必须遵循以绿色开采为指导理念，因此，对于西部水资源生态保护问题已经迫在眉睫。
[0003]目前，在针对地下水储水方面已经提出了很多新型煤矿地下水库技术，有效的解决了资源开采与生态保护协调发展难题。但在地下水库运行的过程中，其内存储的水体势必会对地下水库坝体和顶底板产生作用力，极易诱发坝体失稳、底板渗流等，影响地下水库安全、高效运行，而水体对地下水库坝体和顶底板作用的强弱则与储水体积有关，因此，有效确定煤矿地下水库储水体积对于地下水库的安全高效运行具有重要意义。
[0004]现有技术相关的研究报道主要有：
[0005]CN104915463A公开了一种在无坝、非封闭地下水回灌补给区地下水库调蓄库容计算方法，解决回灌地区的地下水库储水问题，由于该方法必须建立在水文地质条件较为完整的区域，受地质条件造成的影响较为明显。
[0006]CN102778215A公开了一种通过构建与待测矿井地下水库参数相一致的基准矿井地下水库，计算基准矿井地下水库的库容量推出待测矿井库容，由于煤矿地下水库储水空间为采场冒落的采空区及其上部裂断岩层内的自由空间，但采空区为非均质多孔介质，工作面推采后采空区的空隙率受覆岩自重载荷压实等影响逐渐降低直至趋于稳定，采空区空隙率的变化极易形成闭锁的无效储水空间，影响空区水体时空分布，进而难以准确确定地下水库有效储水体积。
[0007]CN108536891A公开了一种地下水库储水量的计算方法、存储介质和装置，其主要是通过构建采煤机割煤后的地下水库库底曲面方程、煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程，通过上述两个曲面方程计算出不同层位顶板岩层垮落后的储水系数，通过水头标高和上述曲面方程构建边界曲线，再结合储水系数计算出地下水库储水量，该方法为地下水库储水容量的计算提供了新的思路，不否认这种地下水库储水量计算方法可以提高水库容量的准确性，但是这种计算方式需要用到一套系统的监测设备，对设备的精密程度有较高的标准。
[0008]综上所述，有必要针对采空区地下水库储水库容的确定设计一种确定有效储水空间的测量方法，为保证采空区内储水空间合理化利用提供理论支撑。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种采空区地下水库有效储水量测量方法，其针对覆岩特
征及载荷分布情况，构建地下水库储水结构模型，合理确定采空区内有效储水空间分布情况，为采空区内储水空间合理化利用提供了理论支撑。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0011]一种采空区地下水库有效储水量测量方法，包括以下步骤：
[0012]a、根据采场覆岩赋存结构特征，分别建立两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型；
[0013]b、根据采空区内冒落煤岩体所受载荷的表达式，对采空区冒落岩石承载区域进行划分，并得出划分后的各区域内的有效储水能力；
[0014]c、通过浅埋厚松散层基岩移动模型，确定地下水库储水库容计算的关键参数；
[0015]d、根据步骤a中建立的两类地下水库储水空间结构模型，提出每类地下水库储水空间结构模型所对应的地下水库储水库容的计算方法，结合步骤b和步骤c对地下水库储水库容进行计算；
[0016]步骤a中，所述的两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型为复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型和多关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型；
[0017]步骤d中，针对复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用地表沉降体积的地下水库储水库容的计算方法；针对多关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用包络空间体积的地下水库储水库容的计算方法。
[0018]上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
[0019]上述技术方案中，首先根据采场周围地质条件及覆岩赋存特征，建立两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型；然后根据采空区内覆岩的差异化分布情况，并结合采空区内冒落煤岩体所受载荷的表达式，得出各区域内的有效储水能力；之后通过浅埋厚松散层基岩移动模型，确定地下水库储水库容计算的关键参数；最后针对不同的地质条件及覆岩特征情况选择相应的计算方法，对于覆岩情况为复合单一关键层结构类或是地表下沉较为明显时，应采用地表沉降体积的库容计算方法，对于覆岩情况为多关键层结构类或是无法获取地表下沉体积时，应采用包络空间体积的库容计算方法，再根据之前步骤中得到的关键参数对储水库容有效体积进行计算。
[0020]上述测量方法作为一个整体，其主要是提供了一种采空区地下水库储水库容的新的计算方法，其不同于现有技术中的反演调参优选计算法、数值模拟法和几何形态演化法。上述计算方案整体能够合理确定采空区内有效储水空间分布情况，保证采空区内有效储水空间得到充分利用。
[0021]上述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，步骤b中，根据采空区内覆岩荷载的差异化分布情况对采空区冒落岩石承载区域进行划分。
[0022]上述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，步骤c中，通过浅埋厚松散层基岩移动模型找到修正后下沉函数表达式与采空区冒落岩石残余碎胀系数的几何对应关系，确定地下水库储水库容计算的关键参数。
[0023]上述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，步骤d中，针对复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用地表沉降体积的地下水库储水库容的计算方法，具体计算方法如式（1）所示：
[0024]（1）
[0025]式（1）中：V为地下水库储水库容；V
k
为采场采出煤炭固体体积；V
C
为地表沉降体积；V
y
为采空区冒落岩石压实区的空间体积；为采空区中压实稳定区内冒落岩石的残余碎胀系数。
[0026]上述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，步骤d中，针对多关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用包络空间体积的地下水库储水库容的计算方法，具体计算方法如式（2）所示：
[0027]（2）
[0028]式（2）中：V
bl
为包络空间的体积；V
f
为非自由空间的体积；L为工作面推进长度；h
z
为工作面冒落直接顶厚度；为采空区中压实稳定区内冒落岩石的残余碎胀系数；B为工作面宽度。
[0029]上述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，步骤b中，采空区内冒落煤岩体所受载荷的表达式是借助于“类双曲线”模型来建立的，表达式具体如式（3）所示：
[0030]（3）
[0031]式（3）中：Q为采空区冒落岩石荷载；a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采空区地下水库有效储水量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a、根据采场覆岩赋存结构特征，分别建立两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型；b、根据采空区内冒落煤岩体所受载荷的表达式，对采空区冒落岩石承载区域进行划分，并得出划分后的各区域内的有效储水能力；c、通过浅埋厚松散层基岩移动模型，确定地下水库储水库容计算的关键参数；d、根据步骤a中建立的两类地下水库储水空间结构模型，提出每类地下水库储水空间结构模型所对应的地下水库储水库容的计算方法，结合步骤b和步骤c对地下水库储水库容进行计算；步骤a中，所述的两类岩层结构的地下水库储水空间结构模型为复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型和多关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型；步骤d中，针对复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用地表沉降体积的地下水库储水库容的计算方法；针对多关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用包络空间体积的地下水库储水库容的计算方法。2.根据权利要求1所述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，其特征在于：步骤b中，根据采空区内覆岩荷载的差异化分布情况对采空区冒落岩石承载区域进行划分。3.根据权利要求1所述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，其特征在于：步骤c中，通过浅埋厚松散层基岩移动模型找到修正后下沉函数表达式与采空区冒落岩石残余碎胀系数的几何对应关系，确定地下水库储水库容计算的关键参数。4.根据权利要求1所述的一种采空区地下水库有效储水量测量方法，其特征在于：步骤d中，针对复合单一关键岩层结构的地下水库储水空间结构模型时，采用地表沉降体积的地下水库储水库容的计算方法，具体计算方法如式（1）所示：（1）式（1）中：V为地下水库储水库容；V
k
为采场采出煤炭固体体积；V
C
为地表沉降体积；V
y
为采空区冒落岩石压实区的空间体积；为采空区中压实稳定区内冒落岩石的残余碎胀系数。5.根据权利要求1所述的一种采空区地下水库有效储水量测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：文志杰，苏明宇，宋振骐，蒋宇静，姜鹏飞，曹之国，陶铁军，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：