本發(fā)明涉及礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)，尤其涉及一種礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)方法、裝置及計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、煤炭是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，在國(guó)家能源消費(fèi)占比中高達(dá)56.2％，并且預(yù)計(jì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)國(guó)家能源消費(fèi)將仍以煤炭為主。近10年，我國(guó)煤炭工業(yè)戰(zhàn)略重心加速西移。當(dāng)前，西部地區(qū)原煤產(chǎn)量占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的50％以上，然而，受煤層開(kāi)采覆巖結(jié)構(gòu)破壞影響，煤層頂板含水層中賦存的地下水通過(guò)采動(dòng)導(dǎo)水裂隙進(jìn)入井下形成礦井水，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，西北六省區(qū)每年總的涌水量大致在29億m3，而且礦井水水質(zhì)復(fù)雜，高礦化度、高濁度、高氟礦井水廣泛分布。按照當(dāng)前要求，礦井水未經(jīng)處理不得外排，煤礦外排礦井水水質(zhì)應(yīng)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)，要達(dá)到國(guó)家ⅲ類(lèi)以上地表水環(huán)境質(zhì)量才能外排，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦井水水質(zhì)特征對(duì)礦井水處理設(shè)施的構(gòu)建及礦井水的資源化利用具有重要意義。在煤層開(kāi)采實(shí)踐中，煤層開(kāi)采在巖層中產(chǎn)生導(dǎo)水裂隙，直接揭穿、接近多個(gè)含水層，不同含水層的水質(zhì)特征一般差異較大，因此由多個(gè)含水層地下水匯聚到井下混合形成的礦井水來(lái)源較多、成分復(fù)雜，亟需開(kāi)發(fā)出礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)方法，以提高礦井水水質(zhì)預(yù)測(cè)精度。

3、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出一種礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)裝置。

4、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提出一種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

5、本發(fā)明的第四個(gè)目的在于提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

6、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面提出了一種礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)方法，包括：

7、獲取煤礦地質(zhì)鉆孔資料以確定含水層和隔水層；

8、基于各含水層的地下水水樣測(cè)定得到所有含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度；

9、基于煤層開(kāi)采厚度計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度；

10、基于所述導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度確定導(dǎo)水裂隙帶揭穿的目標(biāo)含水層集合，計(jì)算所述目標(biāo)含水層集合中各目標(biāo)含水層涌入井下的涌水量進(jìn)而獲得礦井總涌水量；

11、基于各目標(biāo)含水層的涌水量、所述礦井總涌水量和各目標(biāo)含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度計(jì)算得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)濃度。

12、在本發(fā)明的第一方面的方法中，若所述目標(biāo)含水層集合包括被導(dǎo)水裂隙帶完全貫穿的第一目標(biāo)含水層；基于該第一目標(biāo)含水層的水平滲透系數(shù)、該第一目標(biāo)含水層自然水位標(biāo)高至含對(duì)應(yīng)底板的標(biāo)高、該第一目標(biāo)含水層厚度、該第一目標(biāo)含水層的水頭降低值、該第一目標(biāo)含水層的影響半徑和該第一目標(biāo)含水層的引用半徑計(jì)算該第一目標(biāo)含水層涌入井下的第一涌水量。

13、在本發(fā)明的第一方面的方法中，任一第一目標(biāo)含水層涌入井下的第一涌水量滿足：

14、

15、式中，qα為第一目標(biāo)含水層的第一涌水量；kα為該第一目標(biāo)含水層的水平滲透系數(shù)；hα為該第一目標(biāo)含水層自然水位標(biāo)高至該第一目標(biāo)含水層底板的標(biāo)高；mα為該第一目標(biāo)含水層厚度；sα為該第一目標(biāo)含水層的水頭降低值；rα0為該第一目標(biāo)含水層的影響半徑；rα0為該第一目標(biāo)含水層的引用半徑。

16、在本發(fā)明的第一方面的方法中，若所述目標(biāo)含水層集合包括被導(dǎo)水裂隙帶部分貫穿的第二目標(biāo)含水層；所述第二目標(biāo)含水層包括貫穿段和未貫穿段；基于該第二目標(biāo)含水層中貫穿段水平滲透系數(shù)、貫穿段厚度、貫穿段水頭降低值、貫穿段影響半徑和貫穿段引用半徑計(jì)算該第二目標(biāo)含水層的貫穿段涌水量；基于該第二目標(biāo)含水層中未貫穿段垂直滲透系數(shù)、導(dǎo)水裂縫帶波及范圍等效面積、該第二目標(biāo)含水層頂部水頭自然標(biāo)高至對(duì)應(yīng)底板的標(biāo)高、導(dǎo)水裂隙帶頂部至該第二目標(biāo)含水層底板的標(biāo)高和未貫穿段厚度計(jì)算該第二目標(biāo)含水層的未貫穿段涌水量；基于所述貫穿段涌水量和未貫穿段涌水量得到對(duì)應(yīng)第二目標(biāo)含水層的涌入井下的第二涌水量。

17、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述貫穿段涌水量滿足：

18、

19、式中，qβ為第二目標(biāo)含水層的貫穿段涌水量；kβ為貫穿段水平滲透系數(shù)；mβ為貫穿段厚度；sβ為貫穿段水頭降低值；rβ0為貫穿段影響半徑；rβ0為貫穿段引用半徑。

20、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述未貫穿段涌水量滿足：

21、

22、式中，qc為第二目標(biāo)含水層的未貫穿段涌水量；kv為未貫穿段垂直滲透系數(shù)；a為導(dǎo)水裂縫帶波及范圍等效面積；hc為該第二目標(biāo)含水層頂部水頭自然標(biāo)高至該第二目標(biāo)含水層底板的標(biāo)高；hd為導(dǎo)水裂隙帶頂部至該第二目標(biāo)含水層底板的標(biāo)高；mc為未貫穿段厚度。

23、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述基于各目標(biāo)含水層的涌水量、所述礦井總涌水量和各目標(biāo)含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度計(jì)算得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)濃度，包括：基于各目標(biāo)含水層的涌水量與所述礦井總涌水量獲得各目標(biāo)含水層的涌水量占比；基于各目標(biāo)含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度和對(duì)應(yīng)層的涌水量占比計(jì)算得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)濃度。

24、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第二方面提出了一種礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)裝置，包括：

25、含隔水層識(shí)別模塊，用于獲取煤礦地質(zhì)鉆孔資料以確定含水層和隔水層；

26、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)各含水層水質(zhì)參數(shù)計(jì)算模塊，用于基于各含水層的地下水水樣測(cè)定得到所有含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度；

27、導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)測(cè)模塊，用于基于煤層開(kāi)采厚度計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度；

28、各含水層涌水量預(yù)測(cè)模塊，用于基于所述導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度確定導(dǎo)水裂隙帶揭穿的目標(biāo)含水層集合，計(jì)算所述目標(biāo)含水層集合中各目標(biāo)含水層涌入井下的涌水量進(jìn)而獲得礦井總涌水量；

29、耦合預(yù)測(cè)模塊，用于基于各目標(biāo)含水層的涌水量、所述礦井總涌水量和各目標(biāo)含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度計(jì)算得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)濃度。

30、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第三方面提出了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令；所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面提出的方法。

31、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第四方面提出了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面提出的方法。

32、本發(fā)明提供的礦井水水質(zhì)特征的預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)獲取煤礦地質(zhì)鉆孔資料以確定含水層和隔水層；基于各含水層的地下水水樣測(cè)定得到所有含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度；基于煤層開(kāi)采厚度計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度；基于導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度確定導(dǎo)水裂隙帶揭穿的目標(biāo)含水層集合，計(jì)算目標(biāo)含水層集合中各目標(biāo)含水層涌入井下的涌水量進(jìn)而獲得礦井總涌水量；基于各目標(biāo)含水層的涌水量、礦井總涌水量和各目標(biāo)含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度計(jì)算得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)濃度。在這種情況下，建立包含所有含水層的各種水質(zhì)參數(shù)濃度的水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，考慮了導(dǎo)水裂隙帶揭穿的目標(biāo)含水層集合中各目標(biāo)含水層涌入井下的涌水量情況，通過(guò)耦合各目標(biāo)含水層的涌水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)層的水質(zhì)參數(shù)濃度預(yù)測(cè)得到礦井水包括的水質(zhì)參數(shù)的濃度，由此提高了礦井水水質(zhì)預(yù)測(cè)精度。

33、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。