公开/公告号CN104020505A
专利类型发明专利
公开/公告日2014-09-03
原文格式PDF
申请/专利权人 中国神华能源股份有限公司;
申请/专利号CN201410245928.6
申请日2014-06-05
分类号G01V9/00;G01V9/02;
代理机构北京邦信阳专利商标代理有限公司;
代理人王昭林
地址 100011 北京市东城区安外西滨河路22号神华大厦
入库时间 2023-12-17 01:29:34
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-05-25
授权
授权
2014-10-08
实质审查的生效 IPC(主分类):G01V9/00 申请日:20140605
实质审查的生效
2014-09-03
公开
公开
技术领域
本发明涉及矿业工程及水利工程的综合应用,尤其涉及一种煤矿地 下水库的淤积监测方法。
背景技术
我国是缺水国家,水资源短缺现象对国民经济发展和人民生活的改 善构成了严重威胁。矿井水在煤炭开采过程中不可避免产生,作为一种 宝贵的水资源,仅国有重点煤矿每年排放的矿井水就高达22亿吨,平均 每开采一顿煤需要排放2吨废水。一方面,矿井水的外排,不仅浪费了 大量宝贵的水资源,而且对周边环境极易构成严重的环境污染。另一方 面,我国西部地区赋存着丰富的煤炭资源,但水资源匮乏,使得矿区用 水及周边区域用水紧张的进一步恶化,已经严重制约了矿区的正常生产, 不利于资源与环境的协调发展。因此,建设煤矿地下水库对地下水资源 科学保护意义重大。空间上,地下水库避免矿井水外排,可降低采煤能 耗,实现保水开采;时间上,使得水的使用能够实现均匀调配,解决矿 区用水难和用水不均衡的问题。
“一种防治煤矿井下浮煤淤积的方法”、“水库清淤装置”、“集水井清 淤系统及其清淤方式”、“一种防淤积排水体装置以及其方法”、“一种井 下水仓煤泥淤积量检测装置”、“一套可清除江河、湖泊及海港内淤积物 的装置”、“步履式矿井水仓清淤装置”、“一种驱动水库淤积泥沙再分布 的装置和方法”等专利,通过自然冲刷、沉淀池、清淤装置、集水井等 方法,提出了矿井水仓淤煤、地面水库泥沙淤积等的解决方案。但针对 煤矿地下水库的淤积问题仍然没有可行的技术路径。
煤矿地下水库不同于地面水库,它依托煤矿开采后的采空区构建而 成,是一个完全封闭的空间。水库内充填有垮落的破碎矸石,起到过滤 层的作用,通过在水库上游注水、水库下游抽水,将矿井水过滤净化, 直接用于井下工业生产。但这个过程中,由于松散矸石的分离以及悬浮 颗粒物的沉淀,容易造成水库淤积,且淤积状态难以观测,不利于地下 水库的运行,同时给井下安全生产造成隐患。
因此,有必要设计一种用于清洗煤矿地下水库淤积的监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种煤矿地下水库的 淤积监测方法。
本发明的技术方案提供一种煤矿地下水库的淤积监测方法,包括以 下步骤:
对所述煤矿地下水库进行勘查;
根据勘查结果确定淤积监测点;
在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点;
根据所述淤积监测点的监测情况,结合所述流量监测点的流量监测 数据,分析淤积状态和出水量的变化,确定清淤周期。
较佳地,对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤,进一步包括:
对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘察。
较佳地,所述地下水库的内外地质条件包括:所述煤矿地下水库所 处岩层的岩性条件和所述煤矿地下水库内垮落矸石的结构形态。
较佳地,所述地下水的流动特征包括:地下水在所述煤矿地下水库 内的流动方向和流速。
较佳地,对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤,进一步包括:
以物探为主,结合模型试验和观测数据进行校验。
较佳地,根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
根据地下水的流动特征,将所述淤积监测点选取在地下水下游的区 域。
较佳地,所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
根据地下水库的内外地质条件,将所述淤积监测点选取在矸石结构 松散、泥质岩体占20%-50%的区域。
较佳地,所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
将所述淤积监测点选取与抽水孔同一水库挡水坝50米的半径范围内 的区域。
较佳地,所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
通过物探手段定期监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情况,监测周 期每月不少于一次。
较佳地,所述确定清淤周期的步骤,进一步包括:
当所述淤积监测点的物探监测显示淤积物堵塞主要水流通道时,或 者所述抽水孔的出水量下降幅度大时,需进行清淤。
较佳地,当所述抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30%以上, 确定为一个清淤周期;清淤后重新设置所述水库运行初始值。
采用上述技术方案后,具有如下有益效果:本发明根据煤矿地下水 库特征,布设地下水库的淤积监测点,通过淤积监测和出水量监测,及 时进行淤积物清理。由于淤积和水量监测的结合,避免了单一监测手段 的局限和不可靠,该方法解决了煤矿地下水库封闭空间内淤积状态的监 测问题,避免由于地下水库淤积造成大量水体被封闭形成突水安全隐患 的情况,保障了地下水库的安全运行。
附图说明
图1是本发明一实施例中煤矿地下水库的淤积监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示,本发明中煤矿地下水库的淤积监测方法,包括以下步 骤:
步骤S100:对所述煤矿地下水库进行勘查。
对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤,进一步包括:
步骤S101:对地下水库的内外地质条件和地下水的流动特征进行勘 察。
优选地,所述地下水库的内外地质条件包括:所述煤矿地下水库所 处岩层的岩性条件和所述煤矿地下水库内垮落矸石的结构形态。
优选地,所述地下水的流动特征包括:地下水在所述煤矿地下水库 内的流动方向和流速。
对所述煤矿地下水库进行勘查的步骤,进一步包括:
步骤S102:以物探为主,结合模型试验和观测数据进行校验。对地 下水库进行勘探,获得该水库垮落矸石的破碎块度和形态分布,采用模 型试验得到相同条件的模拟数据,分别计算出过流速度,通过观测抽水 孔的流量计算流速,用模型试验数据校验勘探数据。勘察的范围及密度 可根据地下水库形态、地质条件等情况并结合实际工程需要而设定。
步骤S200:根据勘查结果确定淤积监测点。
根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
步骤S201:根据地下水的流动特征,将所述淤积监测点选取在地下 水下游的区域。由于地下水下游为容易淤积的位置,因此在地下水下游 布置淤积监测点,有利于准确监测淤积情况。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
步骤S202:根据地下水库的内外地质条件,将所述淤积监测点选取 在矸石结构松散、泥质岩体占20%-50%的区域。矸石结构松散、泥质岩 体较多的区域容易因为矸石和泥质岩体的垮落形成淤积,因此在此布置 淤积监测点,有利于准确监测淤积情况。低于20%认为泥质岩体不够多。 但大于50%时,过多的泥质岩体,不利于水流通过,淤积的变化特征不 明显,不利于监测,因此设定为50%以下。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
步骤S203:将所述淤积监测点选取与抽水孔同一水库挡水坝50米的 半径范围内的区域。由于监测点和抽水孔都只能设置在水库挡水坝上, 抽水孔附近的位置也是容易淤积的位置,因此在此布置淤积监测点,同 样有利于准确监测淤积情况。
上述步骤S201、步骤S202和步骤S203,根据地下水库的实际情况, 可以全部选取,或选取其中一个,或任意两个。
所述根据勘查结果确定淤积监测点的步骤,进一步包括:
步骤S204:通过物探手段定期监测垮落矸石结构和淤积物汇集的情 况,监测周期每月不少于一次。还可以每月多次测量,或每天测量,在 特殊时期甚至可以每天测量多次。淤积物是指细小矸石颗粒的沉淀物。
步骤S300:在所述煤矿地下水库的抽水孔设置流量监测点。
步骤S400:根据所述淤积监测点的监测情况,结合所述流量监测点 的流量监测数据,分析淤积状态和出水量的变化,确定清淤周期。
所述确定清淤周期的步骤,进一步包括:
步骤S401:当所述淤积监测点的物探监测显示淤积物堵塞主要水流 通道时,或者所述抽水孔的出水量下降幅度大时,需进行清淤。
优选地,当所述抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30%以上, 确定为一个清淤周期;清淤后重新设置所述水库运行初始值。水库运行 初始值是指水库最初运行时的出水量。抽水孔的出水量从水库运行初始 值下降30%为确定一个清淤周期的临界点,最佳的清淤时机,就是当下 降到30%后,立刻开始清淤。可以通过自动控制系统来监控抽水孔的出 水量,当出水量下降到30%后,控制开始清淤操作,及时排淤。当然, 也可以通过人工定期观测,但人工观测到的出水量的下降率有可能已经 超过了30%。
淤积监测点和清淤周期应根据地下水库实际条件及运行年限,结合 矿井安全生产的要求,进行调整和设定。
下面以神华集团神东矿区大柳塔矿地下水库的清淤应用情况为实施 例,对本发明作进一步描述:
(1)煤矿地下水库勘查:通过物探技术对地下水库的内外地质条件 和地下水的流动特征进行勘察,获得地下水库所处岩层的岩性、地下水 库内垮落矸石结构形态(例如:破碎砾度)、地下水在水库内的流动方向、 流速。
(2)地下水库淤积监测点的选定:根据地下水在水库内的流动特征, 地下水库所处岩层的岩性以及地下水库内垮落矸石结构形态,在抽水孔 附近确定了2个淤积监测点,该区域矸石结构松散、泥质岩体较多。通 过地质雷达物探手段进行监测,每月监测1次,主要监测垮落矸石结构 和淤积物汇集的情况。
(3)地下水库流量监测点的设定:在地下水库的抽水孔设置的流量 监测仪。
(4)地下水库运行状态的监测:根据淤积监测点的物探监测情况, 结合地下水库抽水孔设置的流量监测仪数据,进行地下水库运行状态的 监测,通过分析淤积状态和出水量的变化(基于地下水库进水量稳定的 情况),确定清淤周期,进行煤矿地下水库淤积物的清理。煤矿地下水库 将抽水孔的出水量从水库运行初始值下降30%,确定为一个清淤周期。 该水库进行过一次清淤,由于抽水孔的出水量大幅下降,由平均300m3/h 下降到200m3/h,触发清淤阈值,经过清淤后,目前出水量达320m3/h。
本发明根据煤矿地下水库的特征,布设地下水库淤积监测点,通过 物探监测和出水量监测,及时进行淤积物清理,物探和水量监测的结合, 避免了单一监测手段的局限和不可靠,确定的清淤周期也有助于现场实 施,该方法解决了煤矿地下水库封闭空间内淤积状态的监测问题,避免 由于地下水库淤积造成大量水体被封闭形成突水安全隐患的情况,保障 了地下水库的安全运行。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出,对于本 领域的普通技术人员来说,在本发明原理的基础上,还可以做出若干其 它变型,也应视为本发明的保护范围。
机译: 煤矿地下水库的I形水保水坝
机译: 露天煤矿地下水库
机译: 煤矿地下水库人工挡水坝及安全煤柱,围岩与挡水坝的连接方法