一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于礦井防治水突水事故的范疇，具體為一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法。本發(fā)明計(jì)算方法的步驟是：得到各監(jiān)測孔的水位變化情況，確定流場區(qū)域，把流場區(qū)域剖分為方形網(wǎng)格，實(shí)際監(jiān)測孔與劃分的某節(jié)點(diǎn)重合。假設(shè)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能是水力聯(lián)系點(diǎn)，進(jìn)行分次計(jì)算，將每次觀測點(diǎn)的計(jì)算水頭與實(shí)測水頭進(jìn)行比較，并建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)式，即觀測點(diǎn)水頭值與實(shí)測水頭值的差值達(dá)到最小值時(shí)，為計(jì)算終了時(shí)刻判據(jù)，從而找到計(jì)算區(qū)域內(nèi)潛在的水力聯(lián)系點(diǎn)。本發(fā)明采取了在空間上具備區(qū)域性，在時(shí)間上具備實(shí)時(shí)性的隱伏水力聯(lián)系點(diǎn)計(jì)算的新方法，盡早對隱伏水力聯(lián)系點(diǎn)做出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，有效的防止礦井突水事故的發(fā)生。
【專利說明】
一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于礦井防治水突水事故的范疇，具體為一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn) 的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 煤炭是我國的主要能源，近些年來，隨著淺部煤層的枯竭，礦井不斷的向深部延 深，許多礦井面臨要在承壓水上采煤，開采煤層時(shí)受到底板奧陶紀(jì)灰?guī)r承壓水（簡稱奧灰 水)的危害日益增加，礦井隱伏構(gòu)造突水的事故時(shí)有發(fā)生。隱伏構(gòu)造突水是指潛伏在煤層中 的構(gòu)造(斷層、陷落柱)與煤層底板下的奧陶紀(jì)承壓灰?guī)r水導(dǎo)通，在采掘過程中，揭露隱伏構(gòu) 造時(shí)大量水突然涌入采掘區(qū)域，淹沒工作面、采區(qū)、巷道，甚至整個(gè)礦井，造成重大的人員傷 亡和經(jīng)濟(jì)損失的礦井災(zāi)害。因此，奧灰突水預(yù)報(bào)方法是礦業(yè)工作者關(guān)注的首要問題。公開號(hào) 為CN 1472422A的專利通過在煤層底板至奧陶紀(jì)灰?guī)r之間打水文監(jiān)測孔，根據(jù)各個(gè)監(jiān)測孔 水位變化數(shù)據(jù)，運(yùn)用突水監(jiān)測預(yù)報(bào)軟件進(jìn)行計(jì)算分析，則可獲得監(jiān)測區(qū)域水位分布圖和突 水預(yù)報(bào)結(jié)果。但是該專利并沒有公開怎么運(yùn)用各個(gè)監(jiān)測孔水位變化數(shù)據(jù)來預(yù)報(bào)獲得監(jiān)測區(qū) 域水位分布圖和突水預(yù)報(bào)結(jié)果，故本專利是在上述專利的基礎(chǔ)上，給出一種含水層隱伏構(gòu) 造水力聯(lián)系點(diǎn)的具體位置的計(jì)算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本專利為了運(yùn)用各個(gè)監(jiān)測孔水位變化數(shù)據(jù)來預(yù)報(bào)礦井奧灰突水，提供了一種隱伏 承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法。
[0004] 本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方 法，包括以下步驟：
[0005] (1)確定流場計(jì)算區(qū)域，根據(jù)井田面積和監(jiān)測孔位置所圈定的區(qū)域，選擇包含考察 區(qū)域在內(nèi)的整個(gè)獨(dú)立流域或可考察的水文地質(zhì)邊界作為流場計(jì)算區(qū)域邊界；
[0006] (2)根據(jù)選擇區(qū)域內(nèi)部流場分布特征，將流場計(jì)算區(qū)域剖分為大小不同的方形網(wǎng) 格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、3.......N，共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)虛擬的水位觀測孔， 并確保每個(gè)實(shí)際監(jiān)測孔，都能與某個(gè)特定的虛擬的水位觀測孔重合，實(shí)際監(jiān)測孔個(gè)數(shù)為MS N，M多 3;
[0007] (3)以1號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)（奧灰水含水層與煤層底板之間小含水層的水力聯(lián) 系點(diǎn)），即設(shè)1號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石滲流系數(shù)(滲透系數(shù)、貯水系 數(shù)），利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)1號(hào)節(jié)點(diǎn)為 突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位；
[0008] (4)分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水位 hn的誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得到
[0009] (5)以2號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)，即設(shè)2號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的 巖石滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)2 號(hào)節(jié)點(diǎn)為突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位；
[0010] ⑷再分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水 位hl2的誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得到兄(A) = -為。)2 ;
[0011] (7)依次類推，分別以3號(hào)節(jié)點(diǎn)、4號(hào)節(jié)點(diǎn)……N號(hào)節(jié)點(diǎn)為假設(shè)突水點(diǎn)，即分別設(shè)3、 4……N號(hào)節(jié)點(diǎn)的水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流 方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位計(jì)算;并計(jì)算監(jiān)測孔的觀測水位h lQ與各自對應(yīng)重合的虛擬 的水位觀測孔的計(jì)算水位的誤差的平方，并將求得的平方求和，分別得到
[0012] ⑴比較RKhhlMh)，…，RN(h)的大小，找出RrminUi......Rn)時(shí)對應(yīng)的虛擬突 水點(diǎn)，該點(diǎn)即為本方法找出的礦井隱伏的突水點(diǎn)（即水力聯(lián)系點(diǎn)），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到含水 層之間可能的水力聯(lián)系點(diǎn)，并進(jìn)而得到各含水層的水位分布。
[0013] 在煤層底板下面有奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層和太原組灰?guī)r含水層，兩者的水位有很大的 差別，一般情況下，奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層的水位要高于太原組灰?guī)r含水層水位的50-100m以 上，在沒有構(gòu)造導(dǎo)通的情況下，兩者是獨(dú)立的水系，由于奧灰水的水位和太原組灰?guī)r含水層 的水位有差別，往往都是奧陶紀(jì)灰?guī)r的水位高于太原組灰?guī)r的水位，在沒有水力聯(lián)系點(diǎn)的 情況下，兩者水位有很大的差別，如果有水力聯(lián)系點(diǎn)導(dǎo)通后，通過水力聯(lián)系點(diǎn)滲透導(dǎo)通后， 太原組灰?guī)r的水位基本和奧陶紀(jì)灰?guī)r水位相同。現(xiàn)在最精確的辦法是打水文觀測孔，觀測 太原組灰?guī)r水位的的監(jiān)測孔，監(jiān)測它的水位是否有變化，通過它的水位的變化來確定是否 有水力聯(lián)系點(diǎn)。但是在實(shí)際工程中，只能通過有限的觀測孔來觀測，不可能無限制的加密觀 測孔，同時(shí)無限制的加密觀測孔在工程上是不現(xiàn)實(shí)的，也是不經(jīng)濟(jì)的。通過有限的觀測孔， 測定太原組含水層的滲流參數(shù)后，把井田所處流域剖分為不同的正方形網(wǎng)格，網(wǎng)格的每個(gè) 節(jié)點(diǎn)作為虛擬的觀測井，確保實(shí)際觀測井與某個(gè)虛擬觀測井重合，這樣依次假如每個(gè)虛擬 的觀測點(diǎn)作為礦井水力聯(lián)系點(diǎn)，通過測到太原組含水層的滲流參數(shù)，采用二維非穩(wěn)定的滲 流方程，反算實(shí)際觀測井的計(jì)算水位，如果實(shí)際觀測井的計(jì)算水位和實(shí)際觀測到的水位誤 差在1%時(shí)，那就說明假設(shè)水力聯(lián)系點(diǎn)正確?，F(xiàn)在目前壓力和水位傳感器，誤差在1%，本次 根據(jù)現(xiàn)有測量精度，定位誤差達(dá)到1 %時(shí)，認(rèn)為計(jì)算流場水位分布正確，計(jì)算參數(shù)合適，計(jì)算 結(jié)果準(zhǔn)備，達(dá)到要求，從而找到隱伏的水力聯(lián)系點(diǎn)。
[0014] 通過劃分虛擬的觀測孔，計(jì)算流場分布，從而找到隱伏水力聯(lián)系點(diǎn)，這樣能夠?qū)?壓開采防治煤層底板突水減小工程量，同時(shí)提供鉆探驗(yàn)證底板是否突水的鉆孔布置位置提 供補(bǔ)充依據(jù)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] -種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0017] (1)確定流場計(jì)算區(qū)域，根據(jù)井田面積和監(jiān)測孔位置所圈定的區(qū)域，選擇包含考察 區(qū)域在內(nèi)的整個(gè)獨(dú)立流域或可考察的水文地質(zhì)邊界作為流場計(jì)算區(qū)域邊界；
[0018] (2)根據(jù)選擇區(qū)域內(nèi)部流場分布特征，將流場計(jì)算區(qū)域剖分為10-100m的矩形網(wǎng) 格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、3.......N，共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)虛擬的水位觀測孔， 并確保每個(gè)實(shí)際監(jiān)測孔，都能與某個(gè)特定的虛擬的水位觀測孔重合，實(shí)際監(jiān)測孔個(gè)數(shù)為MS N，M多 3;
[0019] (3)以1號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)（奧灰水含水層與煤層底板之間小含水層的水力聯(lián) 系點(diǎn)），即設(shè)1號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石滲流系數(shù)(滲透系數(shù)、貯水系 數(shù)），利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)1號(hào)節(jié)點(diǎn)為 突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位；
[0020] (4)分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水位 hn的誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得到 1=1
[0021] (5)以2號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)，即設(shè)2號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的 巖石滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)2 號(hào)節(jié)點(diǎn)為突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位；
[0022] (6)再分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水 位h l2的誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得到％(母=i；(n)2; i-J
[0023] (7)依次類推，分別以3號(hào)節(jié)點(diǎn)、4號(hào)節(jié)點(diǎn)……N號(hào)節(jié)點(diǎn)為假設(shè)突水點(diǎn)，即分別設(shè)3、 4……N號(hào)節(jié)點(diǎn)的水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流 方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位計(jì)算;并計(jì)算監(jiān)測孔的觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬 的水位觀測孔的計(jì)算水位的誤差的平方，并將求得的平方求和，分別得到 R:(h} = y(Jiil-l!il,r , R4(h) = Y^(k.-hji))2 , .,.,/?,(/?)-^(7?, -kViY ; z'-l /.=i i=l
[0024] (7)比較RKhhRKh)，…，RN(h)的大小，找出RzminUi......Rn)時(shí)對應(yīng)的虛擬突 水點(diǎn)，該點(diǎn)即為本方法找出的礦井隱伏的突水點(diǎn)（即水力聯(lián)系點(diǎn)），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到含水 層之間可能的水力聯(lián)系點(diǎn)，并進(jìn)而得到各含水層的水位分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隱伏承壓含水層水力聯(lián)系點(diǎn)的計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 確定流場計(jì)算區(qū)域，根據(jù)井田面積和監(jiān)測孔位置所圈定的區(qū)域，選擇包含考察區(qū)域 在內(nèi)的整個(gè)獨(dú)立流域或可考察的水文地質(zhì)邊界作為流場計(jì)算區(qū)域邊界； (2) 根據(jù)選擇區(qū)域內(nèi)部流場分布特征，將流場計(jì)算區(qū)域剖分為大小不同的方形網(wǎng)格，網(wǎng) 格節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、3.......N，共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)虛擬的水位觀測孔，并確保 每個(gè)實(shí)際監(jiān)測孔，都能與某個(gè)特定的虛擬的水位觀測孔重合，實(shí)際監(jiān)測孔個(gè)數(shù)為M<N，M多 3； (3) 以1號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)，即設(shè)1號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石 滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)1號(hào)節(jié) 點(diǎn)為突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位； (4) 分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水位hu的 誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得到(5) 以2號(hào)節(jié)點(diǎn)作為假設(shè)突水點(diǎn)，即設(shè)2號(hào)節(jié)點(diǎn)水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石 滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場的節(jié)點(diǎn)水位進(jìn)行計(jì)算，得到假設(shè)2號(hào)節(jié) 點(diǎn)為突水點(diǎn)時(shí)的其它N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位； (6) 再分別計(jì)算監(jiān)測孔觀測水位hlQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水位hl2 的誤差的平方，i為監(jiān)測孔編號(hào)，并將求得的平方求和，得至(7) 依次類推，分別以3號(hào)節(jié)點(diǎn)、4號(hào)節(jié)點(diǎn)……N號(hào)節(jié)點(diǎn)為假設(shè)突水點(diǎn)，即分別設(shè)3、4……N號(hào)節(jié)點(diǎn) 的水位為奧灰水水位，采用現(xiàn)場測得的巖石滲流系數(shù)，利用非穩(wěn)定二維滲流方程式對整個(gè)滲流場 的節(jié)點(diǎn)水位計(jì)算;并計(jì)算監(jiān)測孔的觀測水位h lQ與各自對應(yīng)重合的虛擬的水位觀測孔的計(jì)算水位 的誤差的平方，并將求得的平方求和，分別得：(7)比較心(11)、1?2(11)，'"，辦(11)的大小，找出1?=1^11(1?1......Rn)時(shí)對應(yīng)的虛擬突水點(diǎn)， 該點(diǎn)即為本方法找出的礦井隱伏的突水點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到含水層之間的水力聯(lián)系點(diǎn)， 并進(jìn)而得到各含水層的水位分布。
【文檔編號(hào)】G01V9/02GK105891903SQ201610202935
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】劉正和, 楊錄勝, 楊棟, 趙陽升, 申凱
【申請人】太原理工大學(xué)