一種煤礦地下水庫的淤積監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤礦地下水庫的淤積監測方法，包括以下步驟：對所述煤礦地下水庫進行勘查；根據勘查結果確定淤積監測點；在所述煤礦地下水庫的抽水孔設置流量監測點；根據所述淤積監測點的監測情況，結合所述流量監測點的流量監測數據，分析淤積狀態和出水量的變化，確定清淤周期。本發明根據煤礦地下水庫特征，布設地下水庫的淤積監測點，通過淤積監測和出水量監測，及時進行淤積物清理。由于淤積和水量監測的結合，避免了單一監測手段的局限和不可靠，該方法解決了煤礦地下水庫封閉空間內淤積狀態的監測問題，避免由于地下水庫淤積造成大量水體被封閉形成突水安全隱患的情況，保障了地下水庫的安全運行。
【專利說明】一種煤礦地下水庫的淤積監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦業工程及水利工程的綜合應用，尤其涉及一種煤礦地下水庫的淤積監測方法。
【背景技術】
[0002]我國是缺水國家，水資源短缺現象對國民經濟發展和人民生活的改善構成了嚴重威脅。礦井水在煤炭開采過程中不可避免產生，作為一種寶貴的水資源，僅國有重點煤礦每年排放的礦井水就高達22億噸，平均每開采一頓煤需要排放2噸廢水。一方面，礦井水的外排，不僅浪費了大量寶貴的水資源，而且對周邊環境極易構成嚴重的環境污染。另一方面，我國西部地區賦存著豐富的煤炭資源，但水資源匱乏，使得礦區用水及周邊區域用水緊張的進一步惡化，已經嚴重制約了礦區的正常生產，不利于資源與環境的協調發展。因此，建設煤礦地下水庫對地下水資源科學保護意義重大。空間上，地下水庫避免礦井水外排，可降低采煤能耗，實現保水開采；時間上，使得水的使用能夠實現均勻調配，解決礦區用水難和用水不均衡的問題。
[0003]“ 一種防治煤礦井下浮煤淤積的方法”、“水庫清淤裝置”、“集水井清淤系統及其清淤方式”、“一種防淤積排水體裝置以及其方法”、“一種井下水倉煤泥淤積量檢測裝置”、“一套可清除江河、湖泊及海港內淤積物的裝置”、“步履式礦井水倉清淤裝置”、“一種驅動水庫淤積泥沙再分布的裝置和方法”等專利，通過自然沖刷、沉淀池、清淤裝置、集水井等方法，提出了礦井水倉淤煤、地面水庫泥沙淤積等的解決方案。但針對煤礦地下水庫的淤積問題仍然沒有可行的技術路徑。
[0004]煤礦地下水庫不同于地面水庫，它依托煤礦開采后的采空區構建而成，是一個完全封閉的空間。水庫內充填有垮落的破碎矸石，起到過濾層的作用，通過在水庫上游注水、水庫下游抽水，將礦井水過濾凈化，直接用于井下工業生產。但這個過程中，由于松散矸石的分離以及懸浮顆粒物的沉淀，容易造成水庫淤積，且淤積狀態難以觀測，不利于地下水庫的運行，同時給井下安全生產造成隱患。
[0005]因此，有必要設計一種用于清洗煤礦地下水庫淤積的監測方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種煤礦地下水庫的淤積監測方法。
[0007]本發明的技術方案提供一種煤礦地下水庫的淤積監測方法，包括以下步驟:
[0008]對所述煤礦地下水庫進行勘查；
[0009]根據勘查結果確定淤積監測點；
[0010]在所述煤礦地下水庫的抽水孔設置流量監測點；
[0011]根據所述淤積監測點的監測情況，結合所述流量監測點的流量監測數據，分析淤積狀態和出水量的變化，確定清淤周期。[0012]較佳地，對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括:
[0013]對地下水庫的內外地質條件和地下水的流動特征進行勘察。
[0014]較佳地，所述地下水庫的內外地質條件包括:所述煤礦地下水庫所處巖層的巖性條件和所述煤礦地下水庫內垮落矸石的結構形態。
[0015]較佳地，所述地下水的流動特征包括:地下水在所述煤礦地下水庫內的流動方向和流速。
[0016]較佳地，對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括:
[0017]以物探為主，結合模型試驗和觀測數據進行校驗。
[0018]較佳地，根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0019]根據地下水的流動特征，將所述淤積監測點選取在地下水下游的區域。
[0020]較佳地，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0021]根據地下水庫的內外地質條件，將所述淤積監測點選取在矸石結構松散、泥質巖體占20% -50%的區域。
[0022]較佳地，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0023]將所述淤積監測點選取與抽水孔同一水庫擋水壩50米的半徑范圍內的區域。
[0024]較佳地，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0025]通過物探手段定期監測垮落矸石結構和淤積物匯集的情況，監測周期每月不少于一次。
[0026]較佳地，所述確定清淤周期的步驟，進一步包括:
[0027]當所述淤積監測點的物探監測顯示淤積物堵塞主要水流通道時，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大時，需進行清淤。
[0028]較佳地，當所述抽水孔的出水量從水庫運行初始值下降30%以上，確定為一個清淤周期；清淤后重新設置所述水庫運行初始值。
[0029]采用上述技術方案后，具有如下有益效果:本發明根據煤礦地下水庫特征，布設地下水庫的淤積監測點，通過淤積監測和出水量監測，及時進行淤積物清理。由于淤積和水量監測的結合，避免了單一監測手段的局限和不可靠，該方法解決了煤礦地下水庫封閉空間內淤積狀態的監測問題，避免由于地下水庫淤積造成大量水體被封閉形成突水安全隱患的情況，保障了地下水庫的安全運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明一實施例中煤礦地下水庫的淤積監測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 下面結合附圖來進一步說明本發明的【具體實施方式】。
[0032]如圖1所示，本發明中煤礦地下水庫的淤積監測方法，包括以下步驟:
[0033]步驟SlOO:對所述煤礦地下水庫進行勘查。
[0034]對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括:
[0035]步驟SlOl:對地下水庫的內外地質條件和地下水的流動特征進行勘察。
[0036]優選地，所述地下水庫的內外地質條件包括:所述煤礦地下水庫所處巖層的巖性條件和所述煤礦地下水庫內垮落矸石的結構形態。
[0037]優選地，所述地下水的流動特征包括:地下水在所述煤礦地下水庫內的流動方向和流速。
[0038]對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括:
[0039]步驟S102:以物探為主，結合模型試驗和觀測數據進行校驗。對地下水庫進行勘探，獲得該水庫垮落矸石的破碎塊度和形態分布，采用模型試驗得到相同條件的模擬數據，分別計算出過流速度，通過觀測抽水孔的流量計算流速，用模型試驗數據校驗勘探數據。勘察的范圍及密度可根據地下水庫形態、地質條件等情況并結合實際工程需要而設定。
[0040]步驟S200:根據勘查結果確定淤積監測點。
[0041]根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0042]步驟S201:根據地下水的流動特征，將所述淤積監測點選取在地下水下游的區域。由于地下水下游為容易淤積的位置，因此在地下水下游布置淤積監測點，有利于準確監測淤積情況。
[0043]所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0044]步驟S202:根據地下水庫的內外地質條件，將所述淤積監測點選取在矸石結構松散、泥質巖體占20%-50%的區域。矸石結構松散、泥質巖體較多的區域容易因為矸石和泥質巖體的垮落形成淤積，因此在此布置淤積監測點，有利于準確監測淤積情況。低于20%認為泥質巖體不夠多。但大于50%時，過多的泥質巖體，不利于水流通過，淤積的變化特征不明顯，不利于監測，因此設定為50%以下。
[0045]所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0046]步驟S203:將所述淤積監測點選取與抽水孔同一水庫擋水壩50米的半徑范圍內的區域。由于監測點和抽水孔都只能設置在水庫擋水壩上，抽水孔附近的位置也是容易淤積的位置，因此在此布置淤積監測點，同樣有利于準確監測淤積情況。
[0047]上述步驟S201、步驟S202和步驟S203，根據地下水庫的實際情況，可以全部選取，或選取其中一個，或任意兩個。
[0048]所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括:
[0049]步驟S204:通過物探手段定期監測垮落矸石結構和淤積物匯集的情況，監測周期每月不少于一次。還可以每月多次測量，或每天測量，在特殊時期甚至可以每天測量多次。淤積物是指細小矸石顆粒的沉淀物。
[0050]步驟S300:在所述煤礦地下水庫的抽水孔設置流量監測點。
[0051]步驟S400:根據所述淤積監測點的監測情況，結合所述流量監測點的流量監測數據，分析淤積狀態和出水量的變化，確定清淤周期。
[0052]所述確定清淤周期的步驟，進一步包括:
[0053]步驟S401:當所述淤積監測點的物探監測顯示淤積物堵塞主要水流通道時，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大時，需進行清淤。
[0054]優選地，當所述抽水孔的出水量從水庫運行初始值下降30%以上，確定為一個清淤周期；清淤后重新設置所述水庫運行初始值。水庫運行初始值是指水庫最初運行時的出水量。抽水孔的出水量從水庫運行初始值下降30%為確定一個清淤周期的臨界點，最佳的清淤時機，就是當下降到30%后，立刻開始清淤。可以通過自動控制系統來監控抽水孔的出水量，當出水量下降到30%后，控制開始清淤操作，及時排淤。當然，也可以通過人工定期觀測，但人工觀測到的出水量的下降率有可能已經超過了 30%。
[0055]淤積監測點和清淤周期應根據地下水庫實際條件及運行年限，結合礦井安全生產的要求，進行調整和設定。
[0056]下面以神華集團神東礦區大柳塔礦地下水庫的清淤應用情況為實施例，對本發明作進一步描述:
[0057](I)煤礦地下水庫勘查:通過物探技術對地下水庫的內外地質條件和地下水的流動特征進行勘察，獲得地下水庫所處巖層的巖性、地下水庫內垮落矸石結構形態(例如:破碎礫度)、地下水在水庫內的流動方向、流速。
[0058](2)地下水庫淤積監測點的選定:根據地下水在水庫內的流動特征，地下水庫所處巖層的巖性以及地下水庫內垮落矸石結構形態，在抽水孔附近確定了 2個淤積監測點，該區域矸石結構松散、泥質巖體較多。通過地質雷達物探手段進行監測，每月監測I次，主要監測垮落矸石結構和淤積物匯集的情況。
[0059](3)地下水庫流量監測點的設定:在地下水庫的抽水孔設置的流量監測儀。
[0060](4)地下水庫運行狀態的監測:根據淤積監測點的物探監測情況，結合地下水庫抽水孔設置的流量監測儀數據，進行地下水庫運行狀態的監測，通過分析淤積狀態和出水量的變化(基于地下水庫進水量穩定的情況)，確定清淤周期，進行煤礦地下水庫淤積物的清理。煤礦地下水庫將抽水孔的出水量從水庫運行初始值下降30%，確定為一個清淤周期。該水庫進行過一次清淤，由于抽水孔的出水量大幅下降，由平均300m3/h下降到200m3/h，觸發清淤閾值，經過清淤后，目前出水量達320m3/h。
[0061]本發明根據煤礦地下水庫的特征，布設地下水庫淤積監測點，通過物探監測和出水量監測，及時進行淤積物清理，物探和水量監測的結合，避免了單一監測手段的局限和不可靠，確定的清淤周期也有助于現場實施，該方法解決了煤礦地下水庫封閉空間內淤積狀態的監測問題，避免由于地下水庫淤積造成大量水體被封閉形成突水安全隱患的情況，保障了地下水庫的安全運行。
[0062]以上所述的僅是本發明的原理和較佳的實施例。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在本發明原理的基礎上，還可以做出若干其它變型，也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種煤礦地下水庫的淤積監測方法，其特征在于，包括以下步驟: 對所述煤礦地下水庫進行勘查； 根據勘查結果確定淤積監測點； 在所述煤礦地下水庫的抽水孔設置流量監測點； 根據所述淤積監測點的監測情況，結合所述流量監測點的流量監測數據，分析淤積狀態和出水量的變化，確定清淤周期。
2.根據權利要求1所述的淤積監測方法，其特征在于，對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括: 對地下水庫的內外地質條件和地下水的流動特征進行勘察。
3.根據權利要求2所述的淤積監測方法，其特征在于，所述地下水庫的內外地質條件包括:所述煤礦地下水庫所處巖層的巖性條件和所述煤礦地下水庫內垮落矸石的結構形態。
4.根據權利要求2所述的淤積監測方法，其特征在于，所述地下水的流動特征包括:地下水在所述煤礦地下水庫內的流動方向和流速。
5.根據權利要求1所述的淤積監測方法，其特征在于，對所述煤礦地下水庫進行勘查的步驟，進一步包括: 以物探為主，結合模型試驗和觀測數據進行校驗。
6.根據權利要求2所述的淤積監測方法，其特征在于，根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括: 根據地下水的流動特征，將所述淤積監測點選取在地下水下游的區域。
7.根據權利要求2所述的淤積監測方法，其特征在于，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括: 根據地下水庫的內外地質條件，將所述淤積監測點選取在矸石結構松散、泥質巖體占20% -50%的區域。
8.根據權利要求1所述的淤積監測方法，其特征在于，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括: 將所述淤積監測點選取與抽水孔同一水庫擋水壩50米的半徑范圍內的區域。
9.根據權利要求1所述的淤積監測方法，其特征在于，所述根據勘查結果確定淤積監測點的步驟，進一步包括: 通過物探手段定期監測垮落矸石結構和淤積物匯集的情況，監測周期每月不少于一次。
10.根據權利要求1所述的淤積監測方法，其特征在于，所述確定清淤周期的步驟，進一步包括: 當所述淤積監測點的物探監測顯示淤積物堵塞主要水流通道時，或者所述抽水孔的出水量下降幅度大時，需進行清淤。
11.根據權利要求10所述的淤積監測方法，其特征在于，當所述抽水孔的出水量從水庫運行初始值下降30%以上，確定為一個清淤周期；清淤后重新設置所述水庫運行初始值。
【文檔編號】G01V9/00GK104020505SQ201410245928
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】顧大釗, 張凱, 李全生, 賀安民 申請人:中國神華能源股份有限公司