[发明专利]一种煤矿地下水库储水系数测定方法

摘要

本发明公开一种煤矿地下水库储水系数测定方法，包括：建立关于待测定矿井的三维相似试验模型，三维相似试验模型包括从上至下依次设置的上覆岩层、含水层、隔水层、地下水库岩层和底板岩层；对三维相似试验模型进行工作面煤层开挖处理；对三维相似试验模型进行注水与放水试验，得到地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量；确定地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积；根据地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积与地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量，确定每单位高度对应的储水系数。本发明可以实现对煤矿地下水库的储水系数进行准确、连续监测，为地下水库的建设与利用提供基础理论数据。

主权项

1.一种煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，包括：

三维相似试验模型建立步骤，包括：建立关于待测定矿井的三维相似试验模型，所述三维相似试验模型包括从上至下依次设置的上覆岩层、含水层、隔水层、地下水库岩层和底板岩层；

三维相似试验模型煤层开挖步骤，包括：对所述三维相似试验模型进行工作面煤层开挖处理；

注水与放水步骤，包括：对所述三维相似试验模型进行注水与放水试验，得到所述地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量；

体积确定步骤，包括：确定所述地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积；

储水系数确定步骤，包括：根据所述地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积与所述地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量，确定每单位高度对应的储水系数。

2.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，所述注水与放水步骤，具体包括：

向所述含水层注水至预设含水层高度；

对所述三维相似试验模型进行放水试验，记录设置在所述底层岩板的压力表的压力值，当所述压力值每下降一个单位高度对应的压力值，则将当前放水量作为所述地下水库岩层水位下降至该单位高度所对应的放水量。

3.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，所述体积确定步骤，具体包括：

将所述三维相似模型中的水全部放空并干燥后，向所述三维相似模型中注入凝胶，待所述三维相似模型中的凝胶干燥固结后，移除模型的边界约束得到注胶后模型；

将所述注胶后模型中的地下水库岩层按照单位高度进行切割得到多层块体，每层块体的高度为所述单位高度，对每层块体进行扫描得到每层块体的体积作为所述地下水库岩层该单位高度所对应的含水体积。

4.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，还包括：平均储水系数确定步骤，包括：

根据所述地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积，计算所述地下水库岩层的总含水体积；

确定所述注水与放水试验的总放水量；

根据所述总放水量与所述总含水体积计算平均储水系数。

5.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于：

所述注水与放水步骤，具体包括：对所述三维相似试验模型进行多次注水与放水试验，得到每次试验所述地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量；

所述储水系数确定步骤，具体包括：根据所述地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积与每次试验所述地下水库岩层水位每下降单位高度所对应的放水量，确定每次试验的每单位高度对应的储水系数。

6.根据权利要求5所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，还包括：平均储水系数确定步骤，包括：

根据所述地下水库岩层每单位高度所对应的含水体积，计算所述地下水库岩层的总含水体积；

确定每次注水与放水试验的总放水量；

根据每次注水与放水试验的总放水量与所述总含水体积计算每次注水放水试验的平均储水系数。

7.根据权利要求1所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，所述三维相似试验模型建立步骤，具体包括：

对待测定矿井的煤层赋存条件、开采技术参数进行调研，对煤层上覆岩层进行现场取样，对每个层位的岩样试件进行单轴抗拉、抗压、抗剪切试验，确定各层位岩层的物理力学参数；

对上覆含水层岩样的孔隙度、渗透性进行测试，确定含水层岩层的初始水饱和系数及渗透系数；

确定关于待测定矿井的三维相似试验模型与待测定矿井工作面的几何相似比、应力相似比、强度相似比、运动相似比、时间相似比；

根据所述煤层赋存条件、开采技术参数、各层位岩层的物理力学参数、几何相似比、应力相似比、强度相似比、以及运动相似比，建立关于待测定矿井的三维相似试验模型，所述三维相似试验模型包括从上至下依次设置的上覆岩层、含水层、隔水层、地下水库岩层和底板岩层；

根据含水层岩层的初始水饱和系数及渗透系数，确定所述含水层的水量。

8.根据权利要求7所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，所述三维相似试验模型煤层开挖步骤，具体包括：按时间相似比常数对所述三维相似试验模型进行工作面煤层开挖处理。

9.根据权利要求1～8所述的煤矿地下水库储水系数测定方法，其特征在于，所述三维相似试验模型包括相似模拟试验台架、以及设置在相似模拟试验台架上的模型本体，所述模型本体包括从上至下依次设置的上覆岩层、含水层、隔水层、地下水库岩层和底板岩层，在与待测定矿井工作面开挖范围内的煤层标高最低处对应位置安装出水阀门及压力表，在含水层位置设置注水孔。