一种地下水运移规律监测方法、装置、电子设备及存储介质

1.本技术涉及煤矿回采工作面防治水技术领域，尤其涉及一种地下水运移规律监测方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.煤矿开采或其他地下作业需要注意因为地下开采作业而形成的导水裂隙带的影响。导水裂隙带形成的主要原因为：煤层工作面开采到一定长度时，打破了采空区上覆岩层的原始应力平衡，使采空区上覆岩层会发生坍塌、移动、变形、脱离岩层等现象。岩层根据破碎程度自上而下，形成导水裂隙带。发育越好的导水裂隙带，越能形成良好的导水通道，因此研究裂隙带发育的高度以及其发育是否影响到了上部含水层、周围老窑水和采空区积水的充水水源边界，对提高煤层开采厚度的上限值和煤矿安全持续生产具有重要价值和意义。
3.相关技术一般通过数值模拟、物理模拟、现场钻孔电视窥视以及封堵测漏实验等方法进行探测。以上方法在判定导水裂隙带的真是发育高度方面均存在一定的局限性，且无法准确揭示覆岩破坏中地下水的运移规律。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种地下水运移规律监测方法、装置、电子设备及存储介质。
5.基于上述目的，本技术一个或多个实施例提供了一种地下水运移规律监测方法。所述方法包括：
6.对待监测区域的地下水进行平面监测，得到地下水平面流场图；
7.根据所述地下水平面流场图确定导水裂隙带上至少一个探查孔的位置；
8.在所述探查孔的位置对地下水进行垂向监测，确定所述导水裂隙带的发育高度以及地下水垂向运移规律；
9.根据所述地下水平面流场图、所述地下水垂向运移规律以及所述导水裂隙带的发育高度，确定地下水运移规律。
10.可选的，所述对待监测区域的地下水进行平面监测，得到地下水平面流场图，包括：
11.通过地下水监测仪，得到所述待监测区域的地下水的平面监测数据；
12.根据所述平面监测数据，绘制得到所述地下水平面流场图。
13.可选的，所述平面监测数据包括所述地下水的流向、流速、水温和水位中的至少一种。
14.可选的，所述根据所述地下水平面流场图确定导水裂隙带上至少一个探查孔的位置，包括：
15.根据所述地下水平面流场图确定至少一个降水漏斗中心的位置；
16.根据所述降水漏斗中心的位置确定所述探查孔的位置。
17.可选的，所述利用所述探查孔进行地下水垂向监测，确定地下水垂向运移规律，包括：
18.在所述探查孔的位置进行钻孔，得到观测孔；
19.将示踪剂从第一预定位置投入所述观测孔；
20.监测第二预定位置处的地下水，得到所述第二预定位置处的地下水的垂向监测数据；
21.根据所述地下水平面流场图和所述地下水垂向监测数据，得到所述地下水垂向运移规律。
22.可选的，所述第二预定位置处的地下水的垂向监测数据包括所述第二预定位置处的地下水的流速以及所述示踪剂浓度中的至少一种。
23.可选的，所述利用所述探查孔进行地下水垂向监测，确定所述导水裂隙带的发育高度，包括：
24.利用所述观测孔，通过观测，初步确定所述导水裂隙带的发育高度；
25.根据所述地下水平面流场图和所述地下水垂向监测数据，精确确定所述导水裂隙带的发育高度。
26.基于同一发明构思，本技术一个或多个实施例提供一种地下水运移规律监测装置，所述装置包括：
27.平面监测模块，对待监测区域的地下水进行平面监测，得到地下水平面流场图；
28.位置确定模块，被配置为根据所述地下水平面流场图确定导水裂隙带上至少一个探查孔的位置；
29.垂向监测模块，被配置为根据所述探查孔的位置进行地下水垂向监测，确定所述导水裂隙带的发育高度以及地下水垂向运移规律；
30.确定模块，被配置为根据所述地下水平面流场图、所述地下水垂向运移规律以及所述导水裂隙带的发育高度，确定地下水运移规律。
31.基于同一发明构思，本技术一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的慢阻肺复发预测方法。
32.基于同一发明构思，本技术一个或多个实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述任一所述的慢阻肺复发预测方法。
33.从上面所述可以看出，本技术提供的一个或多个实施例提供的一种地下水运移规律监测方法、装置、电子设备及存储介质，通过对待监测区域的地下水监测得到地下水平面流场图、地下水垂向运移规律，并根据上述地下水平面流场图、地下水垂向运移规律得到地下水的运移方向和速率。同时，通过对地下水的监测，还能够得到导水裂隙带的发育高度。根据上述地下水平面流场图、地下水垂向运移规律和导水裂隙带的发育高度，可以确定地下水运移规律。地下水运移规律可以有效帮助人们理解导水裂隙带的发育情况，从而有效辅助煤矿安全持续生产。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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。
35.图1为本技术一个或多个实施例的一种地下水运移规律监测方法的流程示意图；
36.图2为本技术一个或多个实施例的一种地下水运移规律监测装置的结构示意图；
37.图3为本技术一个或多个实施例的电子设备硬件结构示意图。
具体实施方式
38.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
39.需要说明的是，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
40.根据背景技术所述，煤矿开采过程中掌握导水裂隙带的真实发育高度和发育情况是十分有必要的。相关技术中一般通过数值模拟、物理模拟、现场钻孔电视窥视以及封堵测漏实验等方法进行探测。
41.但数值模拟方法为减少计算难度，通常会对边界条件和单元属性进行简化，导致分析结果精度不高；同时这种方法得到的分析结果比较抽象，不利于后续分析。物理模拟方法受限于实验材料及实验方法，无法准确的还原不同地质条件下的地质构造和物理力学特征。现场钻孔电视窥视以及封堵测漏实验容易受地层中原生裂隙的影响，无法探查出导水裂隙带的真实发育高度。并且通过上述方法只能预估导水裂隙带的发育高度而不能了解到地下水的整体运移规律。
42.综合上述内容，本技术一个或多个实施例提供一种地下水运移规律监测方法，通过应用地下水监测仪和示踪检测技术得到地下水平面流场图、地下水垂向运移规律和导水裂隙带的发育高度。根据地下水平面流场图、地下水垂向运移规律和导水裂隙带的发育高度可以得到地下水运移规律。也即，除导水裂隙带的发育高度外，还可以得到地下水的运移规律。对于开采人员而言，根据上述信息可以更有效更安全地进行后续开采活动。
43.参考图1，本技术一个或多个实施例提供的地下水运移规律监测方法，包括如下步骤：
44.步骤s101：对待监测区域的地下水进行平面监测，得到地下水平面流场图。
45.在实现本技术的过程中，申请人发现，一方面因为地下监测条件困难且可视化程度低的原因，只通过发掘探查孔并上述探查孔进行地下水垂向数据监测的方法容易产生导
水裂隙带数据确实或准确度低的情况。由此，申请人首先对待监测区域的地下水的平面流场情况进行监测，然后通过所述平面流场图确定有可能为导水裂隙带发育优良的位置，然后对该位置进行监测。通过这种方式，能够得到更准确的地下水运移情况和导水裂隙带的发育情况并根据上述发育情况确定后续的开采计划。
46.另一方面，相关技术在对地下水进行平面监测时，为防止钻孔形成导水通道，煤矿开采工作面上方一般不设置水位监测孔，因此常规方法中，通过多个长期观测孔的水位数据差分得到的地下水水平流场图，但上述地下水水平流场图无法精准控制采煤扰动形成的含水层降落斗范围，也就无法确定导水裂隙带发育对覆岩含水层影响最强的区域。由此，申请人在常规水位差分流场的基础上，通过对地下水流速和流向的监测数据对流场进行精细刻画得到地下水平面流场图，继而进行后续工作。
47.在本步骤中，通过对采空区附近的至少一个长期观察孔进行水位监测，划定待监测区域地下水的流场范围。在一些实施例中，可以划定采空区域地下水的流场范围。然后，根据上述流场范围，通过追踪技术得到地下水的平面监测数据并据此绘制地下水流场图。在一些实施例中，通过微粒子磁航向光学追踪技术检测上述长期观察孔内地下水的平面监测数据信息，得到地下水流场图。
48.可选的，通过地下水监测仪，得到上述待监测区域的地下水的平面监测数据；根据上述平面监测数据，绘制得到上述地下水平面流场图。
49.可选的，所述平面监测数据可以包括上述地下水的流向、流速、水温和水位中的至少一种。
50.在一些实施例中，可以通过对地下水中存在的天然粒子和胶体进行观测得到不同深度含水层中地下水的各项信息。在一些实施例中，可以通过智能化地下水监测仪，利用待监测区域的至少一个长期观察孔进行地下水监测。在一些实施例中，可以选择g.o.sensor智能化地下水监测仪其不同的获取相应的地下水信息的方式只要能达到相应的目的，不同的方法均不会影响本发明的保护范围。通过上述智能化地下水监测仪，通过观测和计算可以得到地下水中胶体粒子的运动轨迹和水平移动速度，进一步分析可以得到地下水的流向、流速、水温和水位中一种或多种地下水平面监测数据。在一些实施例中，根据上述地下水平面监测数据，通过相应软件处理可以得到待监测区域的地下水平面流场图。上述地下水平面流场图为确定导水裂隙带探查孔的位置提供依据。
51.步骤s102：根据所述地下水平面流场图确定导水裂隙带上至少一个探查孔的位置。
52.在实现本技术的过程中，申请人发现通过首先获得地下水的平面流场图，观察地下水流动情况，可以更精准地确定导水裂隙带的位置。
53.在本步骤中，根据在步骤s101中得到的地下水平面流场图，确定探查孔位置。探查孔的主要作用为确定导水裂隙带的发育高度、为后续投放示踪剂提供依据以便确定该位置的水文地质信息。在一些实施例中，可以在上述地下水平面流场图基础上准确控制覆岩含水层漏斗分布范围，进而确定导水裂隙带探测钻孔和示踪剂投放的位置。在一些实施例中，可以在确定探查孔位置后，在平面流场图中读取坐标，然后利用rtk测量仪在野外找到精确位置。可选的，可以根据地下水平面流场图确定至少一个降水漏斗中心的位置，然后根据上述降水漏斗中心的位置确定探查孔的位置。
54.步骤s103：在所述探查孔的位置对地下水进行垂向监测，确定所述导水裂隙带的发育高度以及地下水垂向运移规律。
55.在本步骤中对地下水进行垂向监测的主要目的为得到不同层位、不同钻孔位置条件下监测的示踪剂浓度，通过上述示踪剂浓度反映出的采动破坏下煤层覆岩导水裂隙带发育的有效高度以及不同含水层内的地下水涌入矿井工作面的时间和范围。根据上述信息，结合步骤s101得到的平面流场图，可以确定监测区域内地下水运移规律。
56.可选的，上述利用所述探查孔进行地下水垂向监测，确定地下水垂向运移规律，包括：在所述探查孔的位置进行钻孔，得到观测孔；将示踪剂从第一预定位置投入所述观测孔；监测第二预定位置处的地下水，得到所述第二预定位置处的地下水的垂向监测数据；根据所述地下水平面流场图和所述地下水垂向监测数据，得到所述地下水垂向运移规律。
57.在确定上述探查孔位置后，在一些实施例中，可以利用钻机从地表向地下钻进，直至钻至特定层位。在一些实施例中，可以通过钻机全孔取芯并实时记录钻液漏失情况。在一些实施例中，对于第四系松散土层，采用麻花钻或取土器钻进，在进入正常基岩5m下入止水套管，并用水泥固管，待水泥凝固之后继续采用单动双套采煤器钻至终孔层位。在一些实施例中，对于土层、风化岩层采用单动回转压入式取土器钻进，以保证土芯的原状不挠动。在另一些实施例中，对于基岩层采用单动双管钻具钻进。
58.在一些实施例中，可以通过岩芯鉴定、钻液漏失观测或三维钻孔电视等方法观测清水洗孔后的孔壁情况。其不同的获取相应的地下水信息的方式只要能达到相应的目的，不同的方法均不会影响本发明的保护范围。通过上述方法可以初步确定导水裂隙带的发育高度，并为后续投放示踪剂提供依据。
59.上述岩芯鉴定方法的主要作用描述岩芯的完整程度和裂隙发育情况，并统计岩芯的质量指标rqd值。当岩层中发现明显且新鲜的垂向裂隙、岩芯破碎，完整性差且岩芯质量指标降低时的位置，则判定为导水裂隙带发育高度的顶界位置。
60.上述钻液漏失观测方法(又称为钻孔冲洗液法)是通过直接测定钻进过程中的钻孔冲洗液漏失量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风情况，并通过岩芯观察及地质描述等资料来综合判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的一种方法，也是最传统的一种方法。
61.上述三维钻孔电视方法是把一自带光源的防水摄像探头放入地下钻孔中，在地面的彩色监视器上可直接观测地下钻孔的地质构造，根据图像的形态、颜色及光亮等信息，可用于识别岩性、裂隙、空洞、软弱夹层等情况，并可用录像磁带保存测井资料。通过钻孔电视观测，可以直观的观测到地层的完整情况及裂隙的发育情况，可以直接观察覆岩的隔水、透水等情况。
62.在一些实施例中，当出现钻具冲洗液消耗量显著增加、钻孔水位显著降低、水位下降速度加快及钻孔有轻微吸风的现象时，清水洗孔后使用钻孔电视窥视孔壁情况，通过观察窥视图像识别岩层中裂隙的发育情况。结合对应深度的岩芯中明显且新鲜的垂向裂隙、岩芯的完整性以及岩芯质量指标情况，初步判定出该钻孔位置的导水裂隙带的发育高度。
63.在实现本技术的过程中，申请人发现示踪剂具有流动性强、易捕捉的特点，通过检测不同层位、不同探查孔位置条件下的示踪剂浓度可以反映出采动破坏下煤层覆岩导水裂隙带发育的有效高度以及不同含水层内的地下水涌入矿井工作面的时间和范围。而且通过
示踪剂进行地下水监测，弥补了传统导水裂隙带探查方法准确度低、易受地质环境影响的缺陷。
64.在一些实施例中，通过双塞压水装置将固定量配比好的示踪试剂压入孔内指定的层位当中，示踪试剂的投放位置可以设置于第一预定位置。示踪试剂通过探查孔进入含水层后，会随着导水裂隙通道流入井下工作面的采空区内。利用事先预设于上述第二预定位置处的示踪剂检测装置进行垂向监测数据。在一些实施例中，根据探查孔位置和井下煤层工作面的实际情况安装上述示踪剂检测装置。在一些实施例中，上述第二预定位置可以设置于煤层工作面的各个水仓附近。通过在上述水仓附近安装设定好相应参数的示踪试剂检测装备，然后进行实时监测矿井涌出地下水的示踪试剂浓度，可以得到的地下水垂向监测数据。在一些实施例中，利用ggun-fl24野外地下水荧光光度计进行监测。其不同的获取相应的地下水信息的方式只要能达到相应的目的，不同的方法均不会影响本发明的保护范围。通过上述方法可以初步确定导水裂隙带的发育高度，并为后续投放示踪剂提供依据。在一些实施例中，示踪试剂可以选择荧光素钠、罗丹明b、荧光增白剂(天来宝)中的一种或多种。在一些实施例中，设置监测时间间隔为5分钟。在一些实施例中，上述示踪试剂的投放量可以根据计算得到的汇水面积和流通路径的长度估算得到。在一些实施例中，可以在投入失踪试剂之前对探查孔的水样进行背景值测量。
65.可选的，上述垂向监测数据包括所述第二预定位置处的地下水的流速以及所述示踪剂浓度中的至少一种。
66.步骤s104：根据所述地下水平面流场图、所述地下水垂向运移规律以及所述导水裂隙带的发育高度，确定地下水运移规律。
67.在一些实施例中，根据步骤s101～步骤s103中得到的地下水平面流场图、地下水垂向运移规律以及导水裂隙带的发育高度，构建得到地下水运移模型。根据上述模型，得到地下水运移规律，以及导水裂隙带发育高度。
68.需要说明的是，本技术实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本技术实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
69.需要说明的是，上述对本技术的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
70.基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种地下水运移规律监测装置。
71.参考图2，所述地下水运移规律监测装置，包括：
72.平面监测模块11，对待监测区域的地下水进行平面监测，得到地下水平面流场图；
73.位置确定模块12，被配置为根据所述地下水平面流场图确定导水裂隙带上至少一个探查孔的位置；
74.垂向监测模块13，被配置为根据所述探查孔的位置进行地下水垂向监测，确定所
述导水裂隙带的发育高度以及地下水垂向运移规律；
75.确定模块14，被配置为根据所述地下水平面流场图、所述地下水垂向运移规律以及所述导水裂隙带的发育高度，确定地下水运移规律。
76.为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
77.上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的地下水运移规律监测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
78.基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的地下水运移规律监测方法。
79.图3示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
80.处理器1010可以采用通用的cpu(central processing unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
81.存储器1020可以采用rom(read only memory，只读存储器)、ram(random access memory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
82.输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
83.通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如usb、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信。
84.总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
85.需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
86.上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的地下水运移规律监测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
87.基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指
令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的地下水运移规律监测方法。
88.本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
89.上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的地下水运移规律监测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
90.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
91.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本技术实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本技术实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本技术实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本技术的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本技术实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
92.尽管已经结合了本技术的具体实施例对本技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
93.本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。