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煤礦水害防治中的綜合水文地質分析方法

更新時間：2020-12-07　點擊量：996

1　引言

　　煤礦自勘探(普查、詳查、精查)到基建、開采的各個階段,積累了大量的水文地質基礎資料,這些資料綜合地反映了以井田為水文地質單元的地下水的集成信息。大水煤礦井的水文地質工作者為了完成特定的水文地質任務(如礦井涌水量計算、回采工作面突水預報) ,達到一定的目的(為防、排水設計提供依據及安全采煤) ,就必須充分利用前人的工作成果,形成對區域水文地質條件的總體性認識。要做到這一點,需要應用綜合水文地質分析方法,這一方法的核心是,抓住可能形成礦井水害的主要礦井充水要素,以井田作為地下水系統單元,先從宏觀上對井田單元的水文地質條件進行放大分析,再從微觀上對回采工作面的充水條件進行細化分析,提出井田內存在的主要水文地質問題,為水害治理提供可靠的水文地質依據。

　　2　宏觀水文地質條件分析

　　通過概括我國一些大水煤礦水文地質特征,我們認為,宏觀水文地質條件分析應著重邊界進水條件、地下水流場、斷層控水作用、典型突水案例和充水含水層的巖溶發育規律等5個方面,現分述如下。

　　2. 1　邊界條件的研究

　　井田自然邊界的進水條件是宏觀水文地質條件

　　分析的重點。對于勘探階段曾勘測過的邊界的礦井水文地質工作階段應以驗證為主,這包括對邊界進水性質(隔水或進水)、進水位置(分段進水或隔水及全程進水或隔水)及進水量大小的確認,其中任何一點都應該有可靠的客觀依據,而不是單憑推理或主觀臆測。在勘探階段對邊界缺乏控制的,應投入一定的工作量(如布置觀測孔、進行連通試驗等) ,查清邊界的控水條件。

　　2. 2　地下水流場分析

　　井田單元內的地下水流場分析應依據各勘探階

　　段布置的動態觀測網的實測數據。根據地下水流場圖,就可以分析井田范圍內地下水的天然排泄及人為排泄特征,地下水的主要補給(來水)方向和礦井充水特征,解決礦井水的來源問題。這些結論主要通過初始流場(即勘探階段的原始流場,與數值模擬中的初始流場略有差別)和現時(礦井形成后)流場的對比分析獲得。從地下水流場圖中還可以得出地下水均衡要素的量值大小,它是水均衡分析的必要條件。解決來水量大小的問題,也是描述本區受水害威脅程度的一個重要指標。

　　2. 3　斷層控水作用分析

　　斷層對礦井充水往往起著重要作用。大、中型斷層不僅切割含水層和隔水層,使其失去連續性,而且在一定程度上形成井田水文地質系統的內邊界,控制著地下水在一定范圍內垂直和水平方向的流動條件,因此分析區內斷層的控水作用尤為重要。斷層的控水作用分析應從以下3個方面入手:

　　a.　充水含水層與對盤巖石的對接情況。如充水含水層與煤系中的砂、頁、泥巖接觸,則為不導水的,否則為導水的。

　　b.　斷層本身的導水作用,取決于斷層的力學性質、交叉、切割情況及其規律。

　　c.　斷層附近煤層下伏隔水層或防護巖層的厚度及巖石強度。

　　2. 4　典型突水案例分析

　　典型突水案例是指對礦井正常生產構成一定威脅的突水情況。這些突水的發生是在井田一定的水文地質背景和開采破壞的耦合作用下形成的,反映著礦區突水形成的一般規律。分析這些突水規律應把握以下兩點: 突水水源和突水通道。這兩個條件缺一不可,只有對這兩方面形成一定的規律性認識,才能提出調整和改進的措施(如留足防水煤柱、減小采煤工作面傾向長度、縮短控頂距、預先分解煤層頂板的開采壓力等) ,以減少發生突水的幾率。

　　2. 5　含水層巖溶發育規律分析

　　根據大量鉆孔(包括專門水文地質孔和一般勘探孔)鉆進過程中采集的資料,可以獲得巖性變化、構造特征、鉆孔見洞率、沖洗液消耗量變化等多種信息。總結分析這些鉆孔觀測資料,同時參考其他數據(如測井及孔洞物探施測結果) ,并根據各種水文地質試驗與觀測資料、陷落柱發育情況等,就可以從總體上把握灰巖含水層的巖溶發育規律,從而形成含水層系統的巖溶水文地質分區。

　　3　回采工作面綜合水文地質條件分析

　　回采工作面位于井田地下水系統某一確定的范圍內。在對井田進行上述綜合水文地質分析的基礎上,確定和預測回采工作面在采動前及采動期間所處的地下水流動系統的位置(補給區、徑流區、排泄區)則是很方便的。作這一分析的關鍵是,比較準確地預測突水可能性,這包括預測突水點位置、突水量大小; 提出臨陣預報方法; 設計抑制或削弱突水措施等。可借助于繪圖支持系統,對工作面范圍進行放大。這項工作的主要困難在于采面內觀測孔(勘探孔)較少,難以達到上述目的。解決這一問題的有效途徑在于方法的選擇上。在這里,克里格趨勢分析方法無疑是估計區域參數的一種方法,通過局域克里格方法的應用,選擇不同的作用半徑,就有可能在某些條件下有效地解決采面觀測資料稀少的問題。

　　4　礦井防治水方法

　　無論是宏觀水文地質條件的綜合分析,還是采面水文地質條件的綜合分析,它們均是從各個不同的角度對井田充水要素的一種歸類,還應落實到防治水方法這一根本問題上。在這里特別需要強調的是綜合水文地質分區圖(或帶壓開采條件分區圖)的重要性,借助這類圖件,可將井田水文地質條件復雜程度、開采條件難易程度在平面上展示出來,使我們能夠根據各區不同的情況采取不同的防治水措施: 對于井田內相對封閉或半封閉、充水水源主要為薄層灰巖巖溶水、疏干流場證實疏干水量與水位降速配合良好的水文地質單元(如焦作馮營礦西部單元、演馬莊礦東北單元)宜采取控制性疏放的途徑解決水害問題; 否則應采取防、堵、截的治理方法避免直接突水; 針對斷裂帶易突水的特點,可按照水文地質規程規定采取留設防水煤柱的方法治理。

　　5　礦井地下水信息管理

　　目前,很多礦區水文地質資料的管理工作還處在60～ 70年代的水平上,不能適應高產高效采煤技術發展的要求,不僅難于準確預測預報工作面突水的可能性,而且突水后的善后事故分析工作舉步維艱。與此同時,當需要了解工作面前方50～ 100 m的綜合水文地質條件時往往需要經過十分曲折的途徑,而所獲得的水文地質信息又非常有限。因此礦井地下水信息管理工作應作出如下調整:

　　a.　盡快建立各類地下水信息的數據庫管理系統,形成與綜合水文地質分析技術相配套的繪圖支持系統。這兩類系統不僅要求具有較好的解決問題的能力和較高的精度,同時應具備良好的界面(人機對話功能)滿足礦區各類技術人員的需求。

　　b.　水文地質數據規范化。如突水資料分析和整理應有科學、規范的分析表格;突水原因分析應提倡使用專業化語言,避免使用不規范用語和突水原因分析的形式化、簡單化; 水位觀測資料應有地下水位動態觀測網分布圖、觀測孔運行區間(時間)圖,在繪圖支持系統的配合下,隨時繪制觀測孔水位歷時曲線,迅速查明突水水源及各個含水層的相互補給關系、斷層的導水性等。因此,地下水的動態分析工作應當加強。

　　c.　重視水化學數據的分析與整理。應用水化學分析資料與地下水動態分析工作相互配合和驗證,是查明突水水源的一種有效手段。因此在形成水化學資料數據庫的基礎上,將水源判別模型的算法程序與水化學數據庫系統形成接口,是水患診斷的一個研究方向。

　　6　結論

　　綜合水文地質分析技術是地下水系統分析方法與水害防治方法相結合的技術方法。它從地下水流數值模擬對邊界要求的高度,以研究邊界的控水條件為主,以繪圖支持系統作為其分析工具,從兩種不同尺度(宏觀、工作面)的水文地質條件分析入手來研究地下水流動系統的。宏觀水文地質分析和工作面水文地質分析是兩個不可分割的有機組成部分和技術核心,綜合水文地質分區圖(帶壓開采條件分區圖)是防治水決策分析的得力工具。因此無論是理論、方法還是技術、模型,綜合水文地質分析均可稱為水患診斷、突水預報的重要技術理論基礎。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

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礦井分散式垂直測溫系統/地熱普查/地溫監測哪家好選鴻鷗

礦井測溫系統/礦建凍結法施工溫度監測系統/深井溫度場地溫監測系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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煤礦水害防治中的綜合水文地質分析方法

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