CN110700884B - 一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，包括步骤：步骤一：获取预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度；步骤二：确定预测工作面和比拟工作面的相关参数；步骤三：基于解析法确定预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0之间的比例系数；步骤四：预测综放工作面的涌水量。本发明基于解析法利用综采工作面涌水量对综放工作面涌水量进行预测，考虑涌水量与充水含水层厚度之间的非线性关系，预测结果更准确，为工作面及矿井的排水系统设防提供合理的依据，节约了矿井基建投资费用，保障了矿井的安全高效生产。

Description

一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法
技术领域
本发明属于煤炭开采水害防治技术领域，尤其涉及一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法。
背景技术
随着我国煤炭资源战略重心的逐渐西移，西部侏罗系煤层的开采已经由浅部延伸到深部，顶板涌水量的精准预测预报面临更为严峻的考验。目前开采深部侏罗系煤层的矿井大多为新建矿井，且深部侏罗系煤层尚未大规模开采，矿区水文地质勘探程度普遍较低，所获取的水文地质参数十分有限。传统的涌水量预计主要有解析法、数值法、水文地质条件比拟法以及统计学方法等，但是在缺乏可靠的水文地质参数的情况下使得传统的预计方法往往与实际相差较大。预测值较大时造成排水系统的闲置；预测值较小时容易发生顶板水害事故。因此，深部侏罗系煤层综放开采的涌水量准确预计成为水害防治的关键。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，用于对深部侏罗系煤层综放开采的涌水量准确预计。
本发明通过以下技术方案来实现的：
一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，包括下述步骤：
步骤一：获取预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度；
步骤二：获取预测工作面和比拟工作面的相关参数，该参数包括预测工作面的充水含水层厚度M1；比拟工作面的充水含水层厚度M0、涌水量Q0；
步骤三：基于解析法确定预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0之间的比例系数；
步骤四：预测综放工作面的涌水量。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度获取过程如下：
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017)、井下或地面实测以及数值模拟等综合确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度值。
本发明进一步的改进在于，步骤二中，预测工作面和比拟工作面的相关参数获取过程如下：
根据勘探期间钻孔的揭露资料，统计导水裂隙带高度范围内的充水含水层厚度，充水含水层厚度为细粒砂岩、中粒砂岩以及粗粒砂岩厚度的总和；对预测工作面和比拟工作面内部及工作面外围500m范围内的钻孔进行统计，并计算含水层厚度的平均值，将含水层厚度的平均值作为充水含水层的厚度，分别得到预测工作面的充水含水层厚度M1和比拟工作面的充水含水层厚度M0；根据比拟工作面回采期间不同回采进尺时所观测的采空区涌水量得到比拟工作面涌水量Q0。
本发明进一步的改进在于，步骤三中，基于解析法中的集水廊道法确定预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0之间的比例系数。
本发明进一步的改进在于，集水廊道法计算涌水量Q的公式如下：
Figure BDA0002225599880000021
Figure BDA0002225599880000022
其中，L为进水边界长度；K为渗透系数；H为水头高度；M为导水裂隙带范围内的含水层厚度；R为影响半径；r0为引用半径；S为工作面上方充水含水层水头高度下降量。
本发明进一步的改进在于，步骤三的具体过程如下：
预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0的比值为比例系数λ，即
Figure BDA0002225599880000031
其中，λ为比例系数；Q1为预测工作面涌水量；Q0为比拟工作面涌水量；L1为预测工作面进水边界长度；L0为比拟工作面进水边界长度；K1为预测工作面渗透系数；K0为比拟工作面渗透系数；H1为预测工作面水头高度；H0为比拟工作面水头高度；M1为预测工作面含水层厚度；M0为比拟工作面含水层厚度；R1为预测工作面影响半径；R0为比拟工作面影响半径。
本发明进一步的改进在于，步骤四中，综放工作面涌水量的计算公式如下：
Q1＝λQ0。
本发明进一步的改进在于，所述预测方法适用于开采深部侏罗系煤层的矿井。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
传统的比拟法预测工作面涌水量时，主要考虑工作面的开采面积F和含水层的水位降深S，然而传统的比拟法是基于地质与水文地质条件相似、开采方式基本相同的矿井，但开采方式不同时，上覆岩层的移动规律差别较大，导致充水含水层的厚度及充水条件都发生较大变化，使得传统的预测方法在开采方式不同时不具适用性。本发明提供的基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法先分别确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度，然后再基于解析法中的集水廊道法确定包含预测工作面和比拟工作面的水文地质信息，通过确定出的水文地质信息求取预测工作面和比拟工作面之间的比例系数λ，最后求得预测工作面的涌水量。通过上述的预测方法相比于传统的比拟法与实际更为接近，为矿井的排水系统设防和防治水措施提供更为精准的指导，保障了矿井安全高效回采。
附图说明
图1是本发明基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法的流程图；
图2是西北某矿103工作面涌水量预测值与实际值对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，包括下述步骤：
步骤一确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度。具体过程为：根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017)、井下或地面实测以及数值模拟等综合确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度值。
步骤二确定预测工作面的充水含水层厚度M1以及比拟工作面的充水含水层厚度M0、涌水量Q0。具体过程为：根据勘探期间钻孔的揭露资料，统计导水裂隙带高度范围内的充水含水层厚度，充水含水层厚度为细粒砂岩、中粒砂岩以及粗粒砂岩厚度的总和。对预测工作面和比拟工作面内部及工作面外围500m范围内的钻孔进行统计，并计算含水层厚度的平均值，将含水层厚度的平均值作为充水含水层的厚度，分别得到预测工作面的充水含水层厚度M1和比拟工作面的充水含水层厚度M0；根据比拟工作面回采期间不同回采进尺时所观测的采空区涌水量得到比拟工作面的涌水量Q0。
步骤三确定预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0之间的比例系数。具体过程为：首先，根据集水廊道法分别确定预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0，集水廊道法计算公式如下：
Figure BDA0002225599880000041
Figure BDA0002225599880000042
其中，L为进水边界长度；K为渗透系数；H为水头高度；M为导水裂隙带范围内的含水层厚度；R为影响半径；r0为引用半径；S为工作面上方充水含水层水头高度下降量。
然后将预测工作面涌水量Q1和比拟工作面涌水量Q0的比值作为比例系数λ，即
Figure BDA0002225599880000051
其中，λ为比例系数；Q1为预测工作面涌水量；Q0为比拟工作面涌水量；L1为预测工作面进水边界长度；L0为比拟工作面进水边界长度；K1为预测工作面渗透系数；K0为比拟工作面渗透系数；H1为预测工作面水头高度；H0为比拟工作面水头高度；M1为预测工作面含水层厚度；M0为比拟工作面含水层厚度；R1为预测工作面影响半径；R0为比拟工作面影响半径。
步骤四预测综放工作面的涌水量Q1。具体过程为：采用如下方法
Figure BDA0002225599880000052
为了解决开采深部侏罗系煤层的矿井地质及水文地质条件相似而开采方式不同，顶板涌水量预计困难的问题。本发明提供的基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法先分别确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度，然后再基于解析法中的集水廊道法确定包含预测工作面和比拟工作面的水文地质信息，通过确定出的水文地质信息求取预测工作面和比拟工作面之间的比例系数λ，最后求得预测工作面的涌水量。通过上述的预测方法相比于传统的比拟法与实际更为接近，为矿井的排水系统设防和防治水措施提供更为精准的指导，保障了矿井安全高效回采。
实施例：
本实施例以开采深部侏罗系煤层某矿的103综放工作面涌水量预测为例，步骤如下：
步骤一：某矿的103工作面宽度300m，走向长度1100m，煤层厚度平均10m左右，开采方式为综放开采；比拟(201)工作面宽度300m，煤层平均厚度5.92m，开采方式为综采开采。
根据现场实测和数值模拟分析，比拟工作面采后裂采比为23.7；由多元线性回归和数值模拟分析得到预测工作面采后裂采比为25.4。
步骤二：根据勘探期间钻孔的实际揭露情况，分别统计预测工作面和比拟工作面导水裂隙带范围内的充水含水层厚度，得到预测工作面的充水含水层厚度M1＝81m、比拟工作面的充水含水层厚度M0＝52m；比拟工作面回采期间涌水量Q0随进尺的变化情况如下表：
Figure BDA0002225599880000061
步骤三：将预测工作面和比拟工作面相关参数代入集水廊道法公式：
Figure BDA0002225599880000062
Figure BDA0002225599880000063
其中，L为进水边界长度；K为渗透系数；H为水头高度；M为导水裂隙带范围内的含水层厚度；R为影响半径；r0为引用半径；S为工作面上方充水含水层水头高度下降量。
由于预测工作面和比拟工作面地质及水文地质条件相似，因此在回采进尺相同时公式中进水边界长度L、渗透系数K以及影响半径R相同，因此比例系数
Figure BDA0002225599880000064
预测工作面和比拟工作面充水含水层水头高度为550m，因此
Figure BDA0002225599880000065
步骤四：103工作面涌水量Q1＝λQ0＝1.51Q0，根据比拟工作面回采期间的涌水量Q0预测出103工作面涌水量Q1如下表：
Figure BDA0002225599880000071
103工作面回采结束后，根据矿井实际涌水量数据，绘制出涌水量预测值和实际涌水量的对比情况见说明书附图2。预测值与实际值吻合度较好，证明本方法准确率较高，运用本发明提供的预计方法，能够满足深部侏罗系煤层综放开采的涌水量预计工作。

Claims (3)

1.一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：获取预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度；
步骤二：获取预测工作面和比拟工作面的相关参数，该参数包括预测工作面的充水含水层厚度M1；比拟工作面的充水含水层厚度M0、涌水量Q0观测；预测工作面和比拟工作面的相关参数获取过程如下：
根据勘探期间钻孔的揭露资料，统计导水裂隙带高度范围内的充水含水层厚度，充水含水层厚度为细粒砂岩、中粒砂岩以及粗粒砂岩厚度的总和；对预测工作面和比拟工作面内部及工作面外围500m范围内的钻孔进行统计，并计算含水层厚度的平均值，将含水层厚度的平均值作为充水含水层的厚度，分别得到预测工作面的充水含水层厚度M1和比拟工作面的充水含水层厚度M0；根据比拟工作面回采期间不同回采进尺时所观测的采空区涌水量得到比拟工作面涌水量Q0观测；
步骤三：基于解析法中的集水廊道法确定预测工作面涌水量Q1解析和比拟工作面涌水量Q0解析之间的比例系数；集水廊道法计算涌水量Q的公式如下：
Figure FDA0002683066540000011
Figure FDA0002683066540000012
其中，L为进水边界长度；K为渗透系数；H为水头高度；M为导水裂隙带范围内的充水含水层厚度；R为影响半径；r0为引用半径；S为工作面上方充水含水层水头高度下降量；
具体过程如下：
预测工作面涌水量Q1解析和比拟工作面涌水量Q0解析的比值为比例系数λ，即
Figure FDA0002683066540000021
其中，λ为比例系数；Q1解析为预测工作面涌水量；Q0解析为比拟工作面涌水量；L1为预测工作面进水边界长度；L0为比拟工作面进水边界长度；K1为预测工作面渗透系数；K0为比拟工作面渗透系数；H1为预测工作面水头高度；H0为比拟工作面水头高度；M1为预测工作面充水含水层厚度；M0为比拟工作面充水含水层厚度；R1为预测工作面影响半径；R0为比拟工作面影响半径；
步骤四：预测综放工作面的涌水量，计算公式如下：
Q1预测＝λQ0观测。
2.根据权利要求1所述的一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，其特征在于，步骤一中，预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度获取过程如下：
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017)、井下或地面实测以及数值模拟综合确定预测工作面和比拟工作面的导水裂隙带高度值。
3.根据权利要求1所述的一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法，其特征在于，所述方法适用于开采深部侏罗系煤层的矿井。
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