本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种地下水库储水量的计算方法、存储介质和装置。
背景技术：
煤矿地下水库是利用工作面煤层开采后，采空区冒落的岩层空隙、裂隙对矿井水进行储存、过滤与自净化处理形成的，由于煤层上方不同层位顶板岩层的冒落块度、堆积形态等存在很大差异，地下水库中的水头标高还受到煤层倾角、顶板冒落岩层的亲水性等因素影响，难以确定地下水库水头标高与储水量的关系(储水系数)。虽然可以通过在水库注水口与出水口处分别设计流量计来估算水库的储水量，但由于煤矿地下水库中储存的水量会受到水体下渗、水体与顶板冒落岩层发生渗透等的影响，并且地下水库上方的顶板含水层还会向水库发生淋水(水量难以确定)，因此难以对地下水库中储存的水量进行准确计算与实时监测。
由于工作面上部不同层位顶板岩层的厚度、岩性、岩石力学参数等不同，导致顶板岩层垮落后的块度存在很大差异，且煤层一般具有一定的倾斜角度，采煤机截割煤层后形成的水库库底标高也具有一定的高低起伏变化，很难对地下水库的动态储水量进行准确测算与实时监测。
技术实现要素：
基于以上问题，本发明提出一种地下水库储水量的计算方法、存储介质和装置，解决了现有技术中很难对地下水库的动态储水量进行准确测算与实时监测的技术问题。
本发明提出一种地下水库储水量的计算方法，包括：
获取采煤机割煤后的地下水库的库底曲面方程；
确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程；
根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数；
获取地下水库的水头标高；
根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线；
根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的储水体积，根据不同层位顶板垮落岩层的储水体积以及不同层位顶板岩层垮落后的储水系数计算地下水库储水量。
此外，所述获取采煤机割煤后的地下水库的库底曲面方程包括：通过采煤机上安装的三维定位装置获取不同位置点的三维坐标，多个三维坐标形成库底曲面方程。
此外，所述根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数包括：
根据库底曲面方程、第一层顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程、地下水库沿工作面推进方向的长度、地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度、第一层顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度、第一层顶板岩层的厚度和第一层顶板岩层沿工作面推进方向的长度计算第一层顶板岩层垮落后的储水系数。
此外，所述根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数还包括：
根据库底曲面方程、不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程、地下水库沿工作面推进方向的长度、地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度、不同层位顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度、不同层位顶板岩层的厚度和不同层位顶板岩层沿工作面推进方向的长度计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数。
此外，所述获取地下水库的水头标高包括：在地下水库的库底的标高较低的位置设置水库水头标高监测压力表，通过水库水头标高监测压力表监测到的压力值获取地下水库的水头标高。
此外，所述根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线包括：
比较步骤，包括：比较地下水库的水头标高与库底曲面方程的垂直坐标值，若地下水库的水头标高大于库底曲面方程的垂直坐标值，则水位边界曲线不存在；若地下水库的水头标高小于等于库底曲面方程的垂直坐标值，则连接多个库底曲面方程的垂直坐标值，得到一层顶板垮落岩层的水位边界曲线；
对不同层位顶板垮落岩层分别重复比较步骤得到不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线。
本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如上述任一项所述的地下水库储水量的计算方法。
本发明还提出一种地下水库储水量的计算装置，包括：
监测终端、存储装置、输入终端、处理系统和显示终端；
存储装置的第一输入端连接监测终端，存储装置的第二输入端连接输入终端，存储装置的输出端连接处理系统的输入端，处理系统的第一输出端连接显示终端；
通过监测终端获取地下水库的水头标高，监测终端的监测结果传输至存储装置，输入终端输入地下水库的数据至存储装置，存储装置将存入的数据输出给处理系统，处理系统采用如上述任一项所述的地下水库储水量的计算方法计算地下水库储水量，处理系统向显示终端输出显示数据，显示数据包括水头标高、地下水库储水量或警戒水量。
此外，所述计算装置还包括：数据上传系统和声光报警装置，处理系统的第二输出端和第三输出端分别连接数据上传系统和声光报警装置；
若地下水库储水量超过警戒水量，则声光报警装置发出声光警报，数据上传系统用于将数据上传至地面的上位机。
通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明解决了现有技术中很难对地下水库的动态储水量进行准确测算与实时监测的技术问题，本发明提供了一种能够精确的计算煤矿地下水库储水量的计算方法。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的地下水库储水量的计算方法的流程图；
图2是本发明一个实施例提供的地下水库储水量的计算方法的流程图；
图3是本发明一个实施例提供的地下水库不同层位顶板岩层垮落曲线的钻孔布置示意图；
图4是本发明一个实施例提供的地下水库不同层位顶板岩层垮落曲线的钻探点布置示意图；
图5是本发明一个实施例提供的不同层位顶板岩层垮落后的分界曲面示意图；
图6是本发明一个实施例提供的地下水库储水量的计算装置的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
参照图1，本发明提出一种地下水库储水量的计算方法，包括：
步骤s001，获取采煤机割煤后的地下水库的库底曲面方程；
步骤s002，确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程；
步骤s003，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数；
步骤s004，获取地下水库的水头标高；
步骤s005，根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线；
步骤s006，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的储水体积，根据不同层位顶板垮落岩层的储水体积以及不同层位顶板岩层垮落后的储水系数计算地下水库储水量。
由于现有技术中，没有综合考虑煤层倾角、煤层顶板岩层的岩性与厚度、采煤机截割煤层后形成的地下水库库底标高、顶板淋水、人工注水与放水等多重影响因素实时变化的煤矿地下水库储水量测算方法，所以本实施例中提出通过对顶板岩层的垮落高度、采煤机截割煤层形成的水库库底变化曲线、地下水库的水头标高曲线等进行综合分析计算，从而得出煤矿地下水库储水量的实时变化情况的计算方法。
在步骤s001中，获取到的采煤机割煤后的地下水库的库底曲面方程例如为：fd(z)＝fd(x,y)，其中，x,y,z为地下水库库底的三维坐标。
不同的工作面条件、不同的煤层开挖条件，地下水库的库底曲面方程是不一样的，可选地，地下水库的库底曲面方程是根据采煤机上安装的定位装置的监测结果进行曲面拟合出来的，可选地，可以采用origin等软件进行拟合。
在步骤s002中，确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程，可以获取不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的离散值，采用差值计算方法可以得出不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程fi(z)＝fi(x,y)。
不同的煤层赋存条件及开采技术条件使得不同的顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程是完全不一样的。
参照图3和图4所示，图3中给出了回风巷1、运输巷2，回风巷探测钻孔3和运输巷探测钻孔4的示意图；图4中给出了布设的钻探点5和工作面推进方向6的示意图。
在步骤s003中，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数；
确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后的储水系数。煤层上方第1层顶板岩层垮落后的储水系数μ1为：
式中，lq为地下水库沿工作面推进方向的长度；ls为地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度；lix为第i层顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度；hi为第i层顶板岩层的厚度；liy为第i层顶板岩层沿工作面推进方向的长度。
煤层上方第i层顶板岩层垮落后的储水系数(μ1，i为2,3,…,n)为：
在步骤s005中，根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线；
将获取的地下水库水头标高h代入地下水库的库底曲面方程h＝fd(x,y)、不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程h＝fi(x,y)，由此可以确定不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线，
参照图5所示，图5给出了水头标高监测压力表7、地下水库的库底曲面8、煤层上部第1层顶板岩层垮落后堆积形态的曲面9、煤层上部第2层顶板岩层垮落后堆积形态的曲面10和煤矿地下水库储存的矿井水11的示意图。
在步骤s006中，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的储水体积，根据不同层位顶板垮落岩层的储水体积以及不同层位顶板岩层垮落后的储水系数计算地下水库储水量；
计算地下水库水头标高为h时储存的水量。由于不同层位顶板岩层垮落后的储水系数不同，因此分别计算地下水库水头标高为h时，不同层位顶板垮落岩层的储水体积vhi，由此可得地下水库水头标高为h时储存的水量：
其中，
vh1＝∫∫[f1(x,y)-fd(x,y)]dxdy,i＝1
vhi＝∫∫[fi(x,y)-fi-1(x,y)]dxdy,i＝2,3,4,…,n
式中，vh为地下水库水头标高为h时地下水库储水量；vh1为地下水库水头标高为h时第1层顶板垮落岩层的储水总体积；vhi为地下水库水头标高为h时第i层顶板垮落岩层的储水总体积(i＝1,2,3,…,n)。
本实施例解决了现有技术中很难对地下水库的动态储水量进行准确测算与实时监测的技术问题，本实施例提供了一种能够精确的计算煤矿地下水库储水量的计算方法。
参照图2，本发明提出一种地下水库储水量的计算方法，包括：
步骤s201，所述获取采煤机割煤后的地下水库的库底曲面方程包括：通过采煤机上安装的三维定位装置获取不同位置点的三维坐标，多个三维坐标形成库底曲面方程。
库底曲面方程例如为：fd(z)＝fd(x,y)，x,y,z为地下水库库底的三维坐标。
假设在采煤机上安装的定位装置监测的多个三维坐标为(0,0,7)、(1,1,3)、(1,2,-3)、(2,1,5)和(2,2,-1)，则可以根据多个三维坐标拟合库底曲面方程为：z＝2x-6y+7。
步骤s202，确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程；
确定煤层上方不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程。当工作面煤层开采完毕后，在相邻工作面的运输巷、回风巷向采空区进行钻探，每个钻探点布设4个不同角度的钻孔，钻孔与工作面的倾角分别为0°、15°、30°、45°，钻孔深度的水平投影距离为工作面长度的一半，见图3所示。沿工作面推进方向每间隔100m布设一个钻探点，见图4所示。分别记录不同层位顶板岩层垮落后的空间坐标(xijk,yijk,zijk，其中i为煤层上方的第i层岩层,i取1,2,3，…,n；j为沿工作面推进方向布设的第j个钻探点，j取1,2,3，…,n；k为每个钻探点不同角度的钻孔，k取1,2,3,4)。通过多组钻探点及每个钻探点的多组钻孔角度组合，可以获取不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的离散值，采用差值计算方法可以得出不同层位顶板岩层垮落后的堆积形态的曲面方程fi(z)＝fi(x,y)。
差值计算方法指的是拟合过程中采用的一种统计方法，例如根据离散点进行“克里金”等拟合方法进行曲面的拟合。
举例：假设通过3个钻探点得出分界岩层的曲面，根据第1个钻探点的4个钻孔测出的第i层顶板岩层的坐标为(0,0，-18)、(0,10,62)、(0,20,142)、(0,30,222)；根据第2个钻探点的4个钻孔测出的第i层顶板岩层的坐标为(10,0，2)、(10,10,82)、(10,20,162)、(10,30,242)；根据第3个钻探点的4个钻孔测出的第i层顶板岩层的坐标为(20,0，22)、(20,10,102)、(20,20,182)、(20,30,262)。
则可以根据岩层的测点坐标，采用拟合的方式得出第i层岩层的顶板岩层垮落后的堆积形态的曲面方程为：z＝2x+8y-18。
步骤s203，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数；
所述根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数包括：
根据库底曲面方程、第一层顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程、地下水库沿工作面推进方向的长度、地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度、第一层顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度、第一层顶板岩层的厚度和第一层顶板岩层沿工作面推进方向的长度计算第一层顶板岩层垮落后的储水系数。
煤层上方第1层顶板岩层垮落后的储水系数μ1为：
式中，lq为地下水库沿工作面推进方向的长度；ls为地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度；lix为第i层顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度；hi为第i层顶板岩层的厚度；liy为第i层顶板岩层沿工作面推进方向的长度。
步骤s204，所述根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数还包括：
根据库底曲面方程、不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程、地下水库沿工作面推进方向的长度、地下水库沿工作面采煤机截割方向的长度、不同层位顶板岩层沿工作面采煤机截割方向的长度、不同层位顶板岩层的厚度和不同层位顶板岩层沿工作面推进方向的长度计算不同层位顶板岩层垮落后的储水系数。
煤层上方第i层顶板岩层垮落后的储水系数(μ1，i为2,3,…,n)为：
步骤s205，所述获取地下水库的水头标高包括：在地下水库的库底的标高较低的位置设置水库水头标高监测压力表，通过水库水头标高监测压力表监测到的压力值获取地下水库的水头标高。采用这样方式获取地下水库的水头标高既方便又准确。
步骤s206，根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线；
所述根据地下水库的水头标高、库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线包括：
比较步骤，包括：比较地下水库的水头标高与库底曲面方程的垂直坐标值，若地下水库的水头标高大于库底曲面方程的垂直坐标值，则水位边界曲线不存在；若地下水库的水头标高小于等于库底曲面方程的垂直坐标值，则连接多个库底曲面方程的垂直坐标值，得到一层顶板垮落岩层的水位边界曲线；
对不同层位顶板垮落岩层分别重复比较步骤得到不同层位顶板垮落岩层的水位边界曲线。
步骤s207，根据库底曲面方程和不同层位顶板岩层垮落后堆积形态的曲面方程计算不同层位顶板垮落岩层的储水体积，根据不同层位顶板垮落岩层的储水体积以及不同层位顶板岩层垮落后的储水系数计算地下水库储水量。
本实施例提供的计算地下水库储水量的计算方法通过分层计算的方式能够更加准确的计算地下水库储水量。
本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行上述任一实施例所述的地下水库储水量的计算方法。
本发明提出一种地下水库储水量的计算装置，包括：
监测终端10、存储装置20、输入终端30、处理系统40和显示终端50；
存储装置20的第一输入端连接监测终端10，存储装置20的第二输入端连接输入终端30，存储装置20的输出端连接处理系统40的输入端，处理系统40的第一输出端连接显示终端50；
通过监测终端10获取地下水库的水头标高，监测终端10的监测结果传输至存储装置20，输入终端30输入地下水库的数据至存储装置20，存储装置20将存入的数据输出给处理系统40，处理系统40采用上述任一实施例所述的地下水库储水量的计算方法计算地下水库储水量，处理系统40向显示终端50输出显示数据，显示数据包括水头标高、地下水库储水量或警戒水量。
在其中的一个实施例中，所述计算装置还包括：数据上传系统60和声光报警装置70，处理系统40的第二输出端和第三输出端分别连接数据上传系统60和声光报警装置70；
若地下水库储水量超过警戒水量，则声光报警装置70发出声光警报，数据上传系统60用于将数据上传至地面的上位机。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。