CN101660411A - 一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤田煤炭工业煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法。在矿井水文地质条件的系统综合分析基础上，找出与煤层顶板突水关系密切的直接和间接充水含水层，绘制富水性分区图和冒落安全性分区图，复合叠加上述两个分区所有地学信息，绘制涌(突)水条件综合分区图；运用Visual Modflow专业软件对将回采的工作面的工程涌水量和顶板直接充水含水层的采前预疏放方案进行动态预测。“三图－双预测法”从涌(突)水条件的定性综合分析，到涌(突)水量和采前预疏放量的定量模拟预测，形成了一整套系统的研究思路和研究方法；对预测精度要求较高的回采工作面的整体和分段工程涌水量的动态预测具有一定优势。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种煤田煤炭工业煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，尤其是一种针对华北型煤田的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法。
背景技术
煤层底板突水问题一直是困扰华北型煤田煤炭工业可持续性发展的主要水患，其顶板水问题可用留设有效防水煤柱措施加以解决。但是，随着矿山开采深度逐渐加大和下组煤开采，顶板冒落沟通上覆含水层而导致顶板涌(突)水灾害发生或恶化工作面生产环境的实例日益增多，例如开滦矿务局目前近一半的生产矿井遭受顶板水害的严重威胁。以荆各庄矿为例，该矿自1979年正式投产以来，共发生了3次大的突水事故，均为煤9顶板突水，突水水源是煤9上覆的煤5顶板砂岩裂隙含水层，其最大突水量高达44m3/min，造成工作面整体被淹，生产被迫终止。
因此，如何解决煤层顶板涌(突)水条件定量评价问题，对扭转目前煤炭生产的被动局面具有极其重要的理论指导意义和实用价值。
发明内容
本发明目的之一在于，满足华北型煤田煤炭工业可持续性发展的需求，提供一种从对煤层顶板涌(突)水条件的定性综合分析，到回采工作面工程涌(突)水量的定量模拟预测评价方法。
本发明进一步的目的在于，满足华北型煤田煤炭工业可持续性发展的需求，提供一种从对煤层顶板涌(突)水条件的定性综合分析，到回采前预先疏放量的定量模拟预测评价方法。
为了实现上述目的，经过长期的研究和实践，本发明采用了以下技术方案：一种煤田煤炭工业煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，包括以下步骤：
1.在矿井水文地质条件的系统综合分析基础上，找出与煤层顶板突水关系密切的直接充水含水层和间接充水含水层；
2.在煤层顶板直接充水含水层的富水性分区研究基础上绘制出顶板直接充水含水层的富水性分区图；
3.在煤层开采顶板冒落安全性分区研究基础上绘制出煤层开采顶板冒落安全性分区图；
4.复合叠加上述两个分区所有地学信息，提出煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区方案，绘制出煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区图；
5.煤层回采工作面顶板工程涌(突)水量动态预测；
6.煤层顶板直接充水含水层采前预疏放渗流场预测。
由于采用了上述的“三图-双预测法”技术方案，本发明具有的有益效果是：
1.“三图-双预测法”从对煤层顶板涌(突)水条件的定性综合分析，到回采工作面工程涌(突)水量和采前预疏放量的定量模拟预测，形成了一整套系统的研究思路和研究方法；
2.运用多源地学信息复合叠加原理，根据多个水文地质物理场的不同特征，相互对比验证，互相弥补不足，对充水含水层的富水性进行了系统综合分析；
3.对预测精度要求较高的回采工作面的整体和分段工程涌水量的动态预测具有一定优势。
附图说明
附图1，本发明一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法工作流程图。
具体实施例
下面结合附图对本发明作详细描述。
本发明一种煤田煤炭工业煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法的具体实施技术方案包括以下步骤：
1.根据对矿井水文地质条件的系统综合分析，找出与煤层顶板突水关系密切的主要充水含水层，分析确定煤层顶板直接充水含水层。
2.绘制煤层顶板直接充水含水层的富水性分区图：
煤层顶板直接充水含水层的富水性分区图是在煤层顶板直接充水含水层的富水性分区研究基础上形成的。
所述的煤层顶板直接充水含水层的富水性分区研究，包括对该煤层充水含水层的岩性岩相变化、构造场、水化学场、抽水试验场、突水事件渗流场和钻孔冲洗液消耗量变化等6个方面地学信息的综合分析研究，复合叠加，提出煤层顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案。
所述的煤层顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案按照富水性由强到弱依次划分为A，B，C，D，E…等区。
3.绘制煤层开采顶板冒落安全性分区图：
煤层开采顶板冒落安全性分区图是在煤层开采顶板冒落安全性分区研究基础上形成的。所述的煤层开采顶板冒落安全性分区研究包括覆岩段岩性岩相分析和导水裂隙带发育高度计算。覆岩段厚度减去导水裂隙带发育高度，即冒落安全区与非安全区的界限；除采厚外，综合考虑开采方法、覆岩段岩性岩相变化及地质构造等控制因素确定煤层顶板冒落安全性分区方案。
所述的煤层顶板冒落安全性分区方案由最安全(导水裂隙带发育高度小于覆岩段厚度)到最危险(导水裂隙带高度远大于覆岩厚度)按照突水危险性由小到大依次划分为A，B，C，D，E…等区。
4.绘制煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区图：
煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区图由上述的煤层顶板直接充水含水层的富水性分区图和煤层开采顶板冒落安全性分区图复合叠加形成。因为开采深部煤层导致顶板涌(突)水灾害发生，其充分必要条件是煤层回采形成的导水裂隙带沟通了上覆充水含水层，且直接充水含水层在回采工作面对应位置的富水性较强，因此，复核叠加上述的富水性和冒落安全性两个分区所有地学信息，提出煤层开采顶板涌(突)水条件的综合分区划分方案。
所述的煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区划分方案由上覆充水含水层的富水性较差、突水危险性小的A区与上覆充水含水层的富水性较好、且在该区范围内，大部分区域导水裂隙带发育高度均大于覆岩段厚度、突水危险性较大的B区组成。
所述的突水危险性小的A区按照突水危险性由小到大依次进一步细分为A-1，A-2…等子区。
所述的突水危险性大的B区按照突水危险性由小到大依次进一步细分为B-1，B-2…等子区。
5.煤层回采工作面顶板工程涌(突)水量动态预测：
根据煤层顶板涌(突)水量预测的水文地质概念模型，应用Visual Modflow专业软件系统建立三维数值模拟模型，应用Visual Modflow的Zone Budget功能，根据相邻工作面周期来压规律，对即将回采的工作面的工程涌水量进行随工作面不断向前推进(以周期来压步距为单位)的动态预测。
6.煤层顶板直接充水含水层采前预疏放渗流场预测：
对煤层顶板直接充水含水层进行回采前预先疏放的预测计算。
Claims (8)
1.一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：
技术方案包括以下步骤：
(1)在矿井水文地质条件的系统综合分析基础上，找出与煤层顶板突水关系密切的直接充水含水层和间接充水含水层；
(2)在煤层顶板直接充水含水层的富水性分区研究基础上绘制出顶板直接充水含水层的富水性分区图；
(3)在煤层开采顶板冒落安全性分区研究基础上绘制出煤层开采顶板冒落安全性分区图；
(4)复合叠加上述两个分区所有地学信息，提出煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区方案，绘制出煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区图；
(5)煤层回采工作面顶板工程涌(突)水量动态预测；
(6)煤层顶板直接充水含水层采前预疏放渗流场预测。
2.根据权利要求1所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的煤层顶板直接充水含水层的富水性分区研究，包括对该煤层充水含水层的岩性岩相变化、构造场、水化学场、抽水试验场、突水事件渗流场和钻孔冲洗液消耗量变化等6个方面地学信息的综合分析研究，复合叠加，提出煤层顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案。
3.根据权利要求2所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的煤层顶板砂岩含水层富水性分区的划分方案按照富水性由强到弱依次划分为A，B，C，D，E…等区。
4.根据权利要求1所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的煤层开采顶板冒落安全性分区研究包括覆岩段岩性岩相分析和导水裂隙带发育高度计算。覆岩段厚度减去导水裂隙带发育高度，即冒落安全区与非安全区的界限；除采厚外，综合考虑开采方法、覆岩段岩性岩相变化及地质构造等控制因素确定煤层顶板冒落安全性分区方案。
5.根据权利要求4所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的煤层顶板冒落安全性分区方案由最安全(导水裂隙带发育高度小于覆岩段厚度)到最危险(导水裂隙带高度远大于覆岩厚度)按照突水危险性由小到大依次划分为A，B，C，D，E…等区。
6.根据权利要求1所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的煤层开采顶板涌(突)水条件综合分区划分方案由上覆充水含水层的富水性较差、突水危险性小的A区与上覆充水含水层的富水性较好、且在该区范围内，大部分区域导水裂隙带发育高度均大于覆岩段厚度、突水危险性较大的B区组成。
7.根据权利要求6所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的突水危险性小的A区按照突水危险性由小到大依次进一步细分为A-1，A-2…等子区。
8.根据权利要求6所述的一种煤层顶板涌(突)水条件的定量评价方法，其特征在于：所述的突水危险性大的B区按照突水危险性由小到大依次进一步细分为B-1，B-2…等子区。
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