一种矿区的岩溶水位预测方法及终端设备与流程

1.本技术属于矿山技术领域，尤其涉及一种矿区的岩溶水位预测方法及终端设备。


背景技术：

2.岩溶矿区由于地表水和地下水共同产生的溶蚀作用，形成了多种形态的岩溶，由于岩溶通道的存在，会大幅度地降低了岩石抗渗透破坏能力。当岩溶水位过高时，会容易导致矿山开拓的过程中会出现突水、涌泥、地面塌陷和河水倒灌等灾害。为了减少上述灾害的发生，目前开采企业会监测矿区中的岩溶水位，然而这无法提前预测到岩溶水位情况，同样也无法提前进行预警。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种矿区的岩溶水位预测方法及终端设备，可以准确预测矿区内岩溶水位的情况。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种矿区的岩溶水位预测方法，包括：
5.获取水位监测数据，并根据所述水位监测数据生成各个分层的初始水位值；
6.获取边界因素确定每个分层的边界信息；
7.获取干扰因素对每个分层的影响数值；
8.基于矿区岩溶水位预测模型、各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值确定各个分层的岩溶水位。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，矿区地质结构的三维模型构建方法，还包括：
10.构建矿区岩溶水位预测模型；
11.基于历史岩溶水位数据对矿区岩溶水位预测模型进行训练，得到训练完成的矿区岩溶水位预测模型。
12.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述矿区岩溶水位预测模型为：
[0013][0014]
其中，ss为储水率，k
xx
为x轴的异性主方向渗透系数，k
yy
为y轴的异性主方向渗透系数、k
zz
为z轴的异性主方向渗透系数，h为点(x,y,z)在t时刻的水头值，w为干扰因素的影响数值，t为时间，h为水位值，ω为计算域，h0(x,y,z,t0)为点(x,y,z)的初始水位值，q(x,y,z,t)为通用水头边界上单位面积的补给量，cos(n,x)、cos(n,y)、cos(n,z)分别为隔水边界外
法线方向与坐标轴方向夹角的余弦，μ为饱和差或给水度，qw为自由面单位面积上大气降雨入渗补给量与地下水蒸发量之和，γ2是通用水头边界，γ3为隔水边界。
[0015]
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述获取水位监测数据，并根据所述水位监测数据生成各个分层的初始水位值包括：
[0016]
根据矿区的水文地质结构特征，对矿区进行剖分，得到矿区的各个分层；
[0017]
基于水位监测数据确定各个分层的初始水位值。
[0018]
在第一方面的一种可能的实现方式中，获取干扰因素对每个分层的影响数值包括：
[0019]
获取干扰因素；
[0020]
对所述干扰因素进行量化，得到每个分层的影响数值。
[0021]
在第一方面的一种可能的实现方式中，矿区的岩溶水位预测方法，还包括：
[0022]
根据预测得到的岩溶水位情况生成对应的开采策略。
[0023]
在第一方面的一种可能的实现方式中，矿区地质结构的三维模型构建方法还包括：
[0024]
将所述开采策略发送至客户端。
[0025]
第二方面，本技术实施例提供了一种终端设备，包括：
[0026]
第一获取单元，用于获取水位监测数据，并根据所述水位监测数据生成各个分层的初始水位值；
[0027]
第二获取单元，用于获取边界因素确定每个分层的边界信息；
[0028]
第三获取单元，用于获取干扰因素对每个分层的影响数值；
[0029]
预测单元，用于基于矿区岩溶水位预测模型、各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值确定各个分层的岩溶水位。
[0030]
第三方面，本技术实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面中任一项所述的矿区的岩溶水位预测方法的步骤。
[0031]
第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的矿区的岩溶水位预测方法的步骤。
[0032]
第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在服务器上运行时，使得服务器可执行上述第一方面中任一项所述的矿区的岩溶水位预测方法。
[0033]
本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0034]
本技术实施例提供的一种矿区的岩溶水位预测方法及终端设备，通过矿区岩溶水位预测模型和矿区各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值，对矿区的每个分层中的岩溶水位进行预测，能够准确地分析出当前情况下的岩溶水位信息，为开采工作提供指导，减少灾害的发生，提高开采安全性。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1是本技术一实施例提供的一种矿区的岩溶水位预测方法的实现流程示意图；
[0037]
图2是本技术一实施例提供的另一种矿区的岩溶水位预测方法的实现流程示意图；
[0038]
图3是本技术一实施例提供的另一种矿区的岩溶水位预测方法的实现流程示意图；
[0039]
图4是本技术一实施例提供的终端设备的结构示意图；
[0040]
图5是本技术一实施例提供的另一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
[0042]
应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0043]
还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0044]
如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0045]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0046]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0047]
对矿区的岩溶的水位进行分析，对于保障矿山安全高效开采、减少和预防各种地质灾害而言，具有重大意义。
[0048]
可溶性碳酸盐类岩石被溶蚀形成的空隙，可以从细小的溶孔到巨大的溶洞，彼此相连形成单独岩溶区域通道或类似格架状的岩溶体。
[0049]
岩溶区域通道的形成主要来源于碳酸盐岩的溶解作用，在水的极性分子电荷和电势力学条件作用下，碳酸盐矿物晶格中的离子脱离原来的位置而向水中转移，从而形成空洞。岩溶管道径流畅通，流速、流量大，一旦揭露，势必会引起矿坑突水、突泥，给矿山开采带
来极大地安全隐患。因此在开采前提前对岩溶的水位进行预测，对于超过安全水位的岩溶，在开采时采用必要的防治水策略，进而保证开采工作的安全开展。
[0050]
本技术实施例提供了一种矿区的岩溶水位预测方法，通过矿区岩溶水位预测模型和矿区各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值，对矿区的每个分层中的岩溶水位进行预测，能够准确地分析出当前情况下的岩溶水位信息，为开采工作提供指导，减少灾害的发生，提高开采安全性。
[0051]
以下结合附图对本技术实施例提供的矿区的岩溶水位预测方法进行介绍：
[0052]
请参阅图1，图1是本技术一实施例提供的一种矿区的岩溶水位预测方法实现流程图。如图1所示，上述矿区的岩溶水位预测方法可以包括s101至s104，详述如下：
[0053]
s101：获取水位监测数据，并根据所述水位监测数据生成各个分层的初始水位值。
[0054]
在本技术实施例中，上述水位监测数据是历史获取到的水位监测数据。示例性的，可以利用之前在矿区中设置的若干个水位监测点获取到的水位监测数据作为矿区岩溶水位预测模型的初始水位值，例如获取2017年12月31日监测得到的岩溶水位值作为上述水位监测数据。
[0055]
在具体应用中，每次监测到的岩溶水位值可以上传到服务器中，终端设备通过向服务器发送数据获取请求，以获取上述水位监测数据。示例性的，终端设备可以发送获取2017年12月31日监测的岩溶水位值的数据获取请求给到存储历史水位监测数据的服务器，服务器在接收到该数据获取请求后，获取到对应的岩溶水位值下发给到终端设备，以使终端设备获取到该水位监测数据。当然，终端设备也可以发送不包含指定日期的数据获取请求给到服务器，由服务器随机抽取某一天的水位监测数据下发给终端设备，以使终端设备获取到该水位监测数据。
[0056]
在本技术一实施例中，上述s101包括：
[0057]
根据矿区的水文地质结构特征，对矿区进行剖分，得到矿区的各个分层；
[0058]
基于水位监测数据确定各个分层的初始水位值。
[0059]
在本技术实施例中，可以先根据矿区的水文地质结构特征，对矿区进行剖分。将整个矿区在平面上剖分成300
×
200的矩形单元网格，垂向上从上往下分别表示为第四系松散岩类孔隙含水层、壶天群碳酸盐岩第ⅰ弱透水层、壶天群碳酸盐岩溶洞第ⅰ含水通道、壶天群碳酸盐岩第ⅱ弱透水层、壶天群碳酸盐岩溶洞第ⅱ含水通道及-50m标高以上壶天群碳酸盐岩第ⅲ弱透水层这6个独立分分层。
[0060]
在划分出各个分层后，基于水位监测数据确定各个分层的初始水位值。
[0061]
具体地，可以利用surfer软件以线性插值的方式确定出每个分层的初始水位值。
[0062]
s102：获取边界因素确定每个分层的边界信息。
[0063]
在本技术实施例中，根据矿区实际地质及水文地质特征，计算域底部边界是隔水边界，四周均概化为通用水头边界。
[0064]
具体地，在水平方向上东部、南部和西部以外围探矿权证范围为界，北部以外围探矿权证范围至北纬2779044.33大地坐标为界，四周均概化为通用水头边界。计算区顶部一方面接受大气降雨的补给，为补给边界；另一方面地下水又通过其蒸发，为排泄边界，底部为隔水边界。
[0065]
s103：获取干扰因素对每个分层的影响数值。
[0066]
在本技术实施例中，由于矿区内的自然降水、开采井、疏干井等都会影响岩溶的水位，因此将自然降水、开采井进水量、疏干井排水量作为干扰因素，通过量化这些干扰因素，就可以确定出这些干扰因素对每个分层的岩溶水位的影响数值。需要说明的是，对自然降水、开采井进水量、疏干井排水量进行量化可以基于已有的量化方法来实现，本技术对此不加以赘述。
[0067]
s104：基于矿区岩溶水位预测模型、各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值确定各个分层的岩溶水位。
[0068]
在具体应用中，将各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值输入到上述矿区岩溶水位预测模型中，就能得到各个分层对应的岩溶水位。其中，上述矿区岩溶水位预测模型为训练完成的矿区岩溶水位预测模型。
[0069]
在本技术一实施例中，请参阅图2，上述矿区的岩溶水位预测方法还包括：
[0070]
s105：构建矿区岩溶水位预测模型；
[0071]
s106：基于历史岩溶水位数据对矿区岩溶水位预测模型进行训练，得到训练完成的矿区岩溶水位预测模型。
[0072]
在具体应用中，上述矿区岩溶水位预测模型为三维非稳定流模型。
[0073]
在本技术一实施例中中，上述矿区岩溶水位预测模型为：
[0074][0075]
其中，ss为储水率，k
xx
为x轴的异性主方向渗透系数，k
yy
为y轴的异性主方向渗透系数、k
zz
为z轴的异性主方向渗透系数，h为点(x，y，z)在t时刻的水头值，w为干扰因素的影响数值，t为时间，h为水位值，ω为计算域，h0(x，y，z，t0)为点(x，y，z)的初始水位值，q(x，y，z，t)为通用水头边界上单位面积的补给量，cos(n，x)、cos(n，y)、cos(n，z)分别为隔水边界外法线方向与坐标轴方向夹角的余弦，μ为饱和差或给水度，qw为自由面单位面积上大气降雨入渗补给量与地下水蒸发量之和，γ2是通用水头边界，γ3为隔水边界。
[0076]
在实际应用中，储水率ss、给水度μ、x轴的异性主方向渗透系数k
xx
、y轴的异性主方向渗透系数k
yy
、z轴的异性主方向渗透系数k
zz
可以基于经验值来确定，本技术对此不加以限制。
[0077]
在本技术实施例中，可以利用历史数据对创建的模型进行训练和校验，得到预测准确率高于准确率阈值的矿区岩溶水位预测模型，将训练完成的矿区岩溶水位预测模型预先配置在终端设备中，终端设备在需要预测矿区的岩溶水位时，就可以调用该矿区岩溶水位预测模型。当然，也可以将训练好的矿区岩溶水位预测模型存储在服务器中，终端设备在需要预测矿区的岩溶水位时，向服务器发送调用申请，以调用该矿区岩溶水位预测模型进行水位预测。
[0078]
请参阅3，本技术实施例提供的另一种矿区的岩溶水位预测方法，在s104之后，还
可以包括以下步骤：
[0079]
s107：根据预测得到的岩溶水位情况生成对应的开采策略。
[0080]
在本技术实施例中，可以对应岩溶水位情况设置不同的开采策略，例如当所有分层中的岩溶的水位都低于安全水位时，对应开采策略设置为无需进行防治水措施；当某一分层中存在超过安全水位的岩溶通道时，对应开采策略为对该分层中超过安全水位的岩溶通道进行疏干；当多个分层中均存在超过安全水位的岩溶通道时，对整个矿区进行疏干等。
[0081]
需要说明的是，对应岩溶水位情况的开采策略可以是丰富多样的，以上仅是示例而非限制。
[0082]
在实际应用中，当确定了开采策略后，需要将开采策略发送给客户端(开采人员侧的终端设备)，以便于开采人员针对开采策略进行开采准备。
[0083]
以上可以看出，本技术实施例提供的矿区的岩溶水位预测方法，通过矿区岩溶水位预测模型和矿区各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值，对矿区的每个分层中的岩溶水位进行预测，能够准确地分析出当前情况下的岩溶水位信息，还可以生成对应的开采策略，为开采工作提供指导，减少灾害的发生，提高开采安全性。
[0084]
图4为本技术一实施例提供的终端设备的结构示意图。如图4所示，上述终端设备包括：
[0085]
第一获取单元401用于获取水位监测数据，并根据所述水位监测数据生成各个分层的初始水位值。
[0086]
第二获取单元402用于获取边界因素确定每个分层的边界信息。
[0087]
第三获取单元403用于获取干扰因素对每个分层的影响数值。
[0088]
预测单元404用于基于矿区岩溶水位预测模型、各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值确定各个分层的岩溶水位。
[0089]
在本技术的一个实施例中，上述终端设备还包括构建单元和训练单元。
[0090]
构建单元用于构建矿区岩溶水位预测模型；
[0091]
训练单元用于基于历史岩溶水位数据对矿区岩溶水位预测模型进行训练，得到训练完成的矿区岩溶水位预测模型。
[0092]
在本技术的一个实施例中，上述第一获取单元401具体用于根据矿区的水文地质结构特征，对矿区进行剖分，得到矿区的各个分层；基于水位监测数据确定各个分层的初始水位值。
[0093]
在本技术的一个实施例中，上述第三获取单元403具体用于获取干扰因素；对所述干扰因素进行量化，得到每个分层的影响数值。
[0094]
在本技术的一个实施例中，上述终端设备还包括开采策略生成单元和发送单元。
[0095]
上述开采策略生成单元用于根据预测得到的岩溶水位情况生成对应的开采策略。
[0096]
上述发送单元用于将所述开采策略发送至客户端。
[0097]
以上可以看出，本技术实施例提供的一种终端设备，同样可以通过矿区岩溶水位预测模型和矿区各个分层的初始水位值、各个分层的边界信息以及各个分层的影响数值，对矿区的每个分层中的岩溶水位进行预测，能够准确地分析出当前情况下的岩溶水位信息，还可以生成对应的开采策略，为开采工作提供指导，减少灾害的发生，提高开采安全性。
[0098]
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0099]
图5为本技术一实施例提供的终端设备的结构示意图。如图5所示，该实施例的终端设备5包括：至少一个处理器50(图5中仅示出一个)处理器、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述至少一个处理器50上运行的计算机程序52，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述任意一种矿区的岩溶水位预测方法实施例中的步骤。
[0100]
本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备5的举例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
[0101]
所称处理器50可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器50还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0102]
所述存储器51在一些实施例中可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51在另一些实施例中也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0103]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述任意一种矿区的岩溶水位预测方法实施例中的步骤。
[0104]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行时实现上述任意一种矿区的岩溶水位预测方法实施例中的步骤。
[0105]
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0106]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0107]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0108]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0109]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的矿区的岩溶水位预测方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/服务器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0110]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0111]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。