将研究结果通过三维大型动态沙盘进行展示,并结合多媒体、三维动画、全息投影形成逼真的视、听一体化效果,对地下水库进行多时空、展示。可以有效解决传统方式不能充分、生动展示的问题,具有十分重要的应用与推广。
3.1研究内容
①矿区区域地下水运移可视化研究
煤矿地下水库作为镶嵌在区域地下水流系统中的人工水文地质单元,其补给、储水、排泄的过程离不开区域地下水流系统的影响。大气降水后,有一部分降水会通过地表汇流直接形成地表水体;还有一部分降水会通过包气带入渗到潜水含水层和承压含水层,并终补给到地下水库。而地表水体和潜水/承压含水层之间也会根据水位的不同发生不同过程的水流交换,这些过程都会对地下水库的补、储和排产生影响。通过建立矿区尺度水文地质模型,计算各含水层渗漏量,并配合以流线追踪技术,模拟降雨后,雨水汇流为地表水体和向下入渗到含水层以及地表水和地下水之间的相互作用,进而补给地下水库的整个运移过程,勾勒出地下水的运移路径。
②煤矿地下水库水运移可视化研究
煤矿地下水库是典型的人工地下水流系统,其补给、储存和排泄过程除了受区域地下水流影响外,还主要受人工调控。依据回灌管道、煤柱坝体、开采横井的空间部分,模拟和计算地下水库的储存能力。在此基础上,进一步建立地下水库水文模型,模拟以地下水库为对象的补给、储存和排泄的运移路径。
③矿井水净化机理可视化研究
模拟再现煤矿地下水库中冒落岩体对矿井水的过滤、沉淀、吸附、离子交换等自净化机理及过程,从宏观、介观、微观三个空间尺度展示矿井水的净化流程及相关技术措施。宏观方面包括:水体颜色、水体稀释、渗透反应墙和地下除氟装置等;介观方面包括:悬浮颗粒沉淀和过滤;微观方面包括:离子吸附和阴阳离子交换。
④煤矿地下水库三维建模研究
以神东矿区大柳塔煤矿为研究背景,建立大柳塔煤矿地质三维地质模型。模拟再现矿区地形地貌、岩层结构、地质构造、煤层和含水层分布特征,突显煤矿开采导致的板岩层的垮落过程和形态变,展示地下水库的建设基础条件和主要影响因素。
以神东矿区大柳塔煤矿为研究背景,建立地下水库的工程三维模型。模拟地下水库整体空间分布、人工坝体建设、管路铺设等技术流程,详细展示地下水库人工坝体的构建参数、建设流程、施工工艺、受力状态、影响因素等,展示地下水库注水、储水、放水等管网布置及管路铺设流程,展示地下水库建设相关技术难点的解决途径及优缺点。
3.2预期目标
①建立地下水库工程三维模型、矿区地质三维模型、矿区区域地下水流系统模型、煤矿地下水库水流系统模型、矿井水自净化过程可视化模型。
②制作同一规格具有自主知识产权的大型动态沙盘及配套设备两套,国电4709房间(8.5m×13.2m)和神东A211房间(7.5m×7.5m)各一套。展示内容如下:
展示内容:地下水库结构整体展示。以地下水库的工程地质三维模型和水库建设流程可视化研究为基础,展示出已建和在建两种类型地下水库的整体形态。展示水体在冒落体组成的含水介质中的分布状态;地下水库人工坝体、煤柱及采空区的结构分布,凸显人工坝体构建参数、建设流程、施工工艺、影响因素等方面;以及地下水库注水、储水、排水等管网布置及管路铺设位置。
展示内容:
煤矿区地质和水文地质条件展示
以矿区三维地质模型为基础,展现自然条件下四系潜水含水层、直罗组和延安组承压含水层、侏罗系各煤层的空间分布。凸显煤矿开采后会出现上覆岩层塌落,形成的冒落带、导水裂隙带和弯曲带,采空区与上覆含水层导通的人工特征。
地下水库水流系统展示
依据地下水库补给、径流、排泄过程研究,动态展示出上覆含水层补给、矿井水回灌、库水径流和开采利用的整个工艺过程,以及地表水、四系孔隙水、承压裂隙水与地下水库之间水力联系,凸显地下水补给水库的过程。达到人造地下水库水流系统镶嵌到区域地下水流系统的展示效果。
地下水库技术展示
调研煤矿地下水库可能存在的风险及相关技术,再现相关监测监控设备的技术原理、布置方式、监控内容等,展示相关应急处理预案。其中地表观测孔多深度分层监测、地下水库水压水质监测、人工坝体应力监测、水库间应急调水等内容。
矿井水自净化过程展示
矿井水回库后,冒落岩体对矿井水的过滤、沉淀、吸附、离子交换等自净化机理及过程。要从宏观、介观、微观三个空间尺度展示矿井水的净化过程。宏观方面包括:水体颜色、水体稀释、渗透反应墙和地下除氟装置等;介观方面包括:悬浮颗粒沉淀和过滤;微观方面包括:离子吸附和阴阳离子交换。
开采区地表生态修复展示
地下水水库水被开采后可用于采空区地表生态修复、园林建设、沙地绿化、城市道路清洗等。沙盘需从以下方面进行相关展示。
4技术要求、性能指标和考核验收指标
4.1技术要求:依据矿区调研及地质结构,水文地质条件,开采地层扰动等相关资料,模拟计算出区域地下水及水库水的运移路径。
4.2性能指标:运用全息投影技术,360°无死角展示煤矿地下水库及相关内容的的全貌,实现多主题、多场景、多层次内容的自由切换展示。运用多媒体互动类技术协助数字内容展示,让观者参与进来,真实的“感受”煤矿地下水库技术的实际意义。达到不多解释,一“触”及了然的效果。运用展示技术,集声、光、电、三维动画互动等现代视觉效果之大成,满足观者视、听、触等多感官体验。沙盘在制作过程、制作材料、使用和后期维护方面应秉承理念,践行节能减排。以数字化、模块化为进行内容制作,后期可根据需求自由新,可依次为基础进一步延展其它视觉技术。
4.3沙盘维护及售后服务
①投标方负责每季度对模型进行检测,对模型的单体与局部,绿化环境,光、电、水等部件进行预防性维护。
②投标方负责对模型进行一年四次清洁,并随时对模型出现的各种故障及时维修。非人为原因损坏,维修。
③服务期限为3年。