CN113836742A - 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法 - Google Patents

一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113836742A
CN113836742A CN202111166130.9A CN202111166130A CN113836742A CN 113836742 A CN113836742 A CN 113836742A CN 202111166130 A CN202111166130 A CN 202111166130A CN 113836742 A CN113836742 A CN 113836742A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
water inflow
working face
water
aquifer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111166130.9A
Other languages
English (en)
Inventor
徐智敏
陈天赐
孙亚军
陈歌
张莉
赵先鸣
袁慧卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202111166130.9A priority Critical patent/CN113836742A/zh
Publication of CN113836742A publication Critical patent/CN113836742A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其步骤包括：S1、统计整合回采工作面主要充水含水层的水文地质参数；S2、以垮落步距为单元概化工作面推进过程中不同阶段的“移动大井”；S3、利用稳定流公式计算第一阶段(初次垮落阶段)结束时的工作面涌水量；S4、利用初次垮落阶段工作面涌水量，采用非稳定流公式计算在第二阶段开采结束且周期垮落前概化大井中心的水位降深；S5、第二阶段周期垮落后利用第一阶段开采形成的水位降深，叠加计算第二阶段开采时的初始水位，并计算第二阶段结束且周期垮落后得工作面涌水量；S6、重复上述计算过程，依次动态计算工作面推进过程中各阶段的涌水量。

Description

一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法。
背景技术
煤矿区水文地质条件复杂、矿井水害频发,为预防和减少突水事故的发生，开展突水预测预报工作显得尤为重要，尤其是对矿井涌水量进行准确的预测是一项必要的研究措施。生产矿井涌水量计算方法中的水文地质比拟法、相关分析法和常规的解析法等，为现今较为流行的矿井涌水量计算方法。
通常，广大工程技术人员或研究人员采用常规“大井法”的原理计算涌水量时，直接将整个工作面或矿井概化为一口大井，并根据地下水动力学中稳定流的理论和方法来进行涌水量的解析解计算，从而来获取工作面回采时的流场变化情况。也有学者对“大井法”的计算参数、含水层的条件以及影响半径R等的计算方法进行优化，或者根据实际涌水量对公式进行修正。然而，工作面(或采区)的回采过程是一个循序渐进的过程，在采掘初期，开采影响区域面积较小，过水断面有限，水量相对较小。并非在一开始就在整个开采范围内形成采空区、形成整个工作面影响范围的涌水和造成水位下降。因此，采用常规的“大井法”来计算涌水量时往往造成计算结果误差较大。
发明内容
为解决背景技术中提到的问题，本发明提供一种基于“移动大井法”原理的动态计算矿井涌水量的方法，能够极大修正传统“大井法”计算矿井涌水量的误差，有利于对工作面推进工程中各阶段涌水量的准确计算及防治水工作的开展。本发明技术方案包括以下步骤：
S1、统计整合回采工作面主要充水含水层的水文地质参数；
S2、以垮落步距为单元概化工作面推进过程中不同阶段的“移动大井”；
S3、利用稳定流公式计算第一阶段(初次垮落阶段)结束时的工作面涌水量；
S4、利用初次垮落阶段工作面涌水量，采用非稳定流公式计算在第二阶段开采结束且周期垮落前后概化大井中心的水位降深；
S5、第二阶段周期垮落后，利用第一阶段开采形成的水位降深，叠加计算第二阶段开采时的初始水位，并计算第二阶段结束且周期垮落后的工作面涌水量；
S6、重复上述计算过程，依次动态计算工作面推进过程中各阶段的涌水量。
进一步地，其步骤还包括：
S7、当含水层水位降至顶板以下，采用承压-无压公式计算工作面涌水量，利用构建“移动大井法”数学模型，以垮落步距为单元动态计算工作面推进过程中的涌水量。
进一步地，在S1中，获取的水文地质参数包括工作面长度和宽度、含水层渗透系数、厚度、导水系数、贮水系数和初始承压水位高度。
进一步地，在S2中，先获取工作面初次垮落步距或周期垮落步距，再以垮落步距为计算单元构建工作面推进过程中不同推进距离的“移动大井”。
进一步地，以初次垮落步距为计算单元构建工作面推进过程中不同推进距离的“移动大井”。
进一步地，在S3中，按初次垮落作为第一阶段，含水层形成第一个降落漏斗，漏斗范围内含水层水位下降。在此阶段，工作面开采初期含水层水位较高，此时含水层为承压含水层；
假定第一阶段降深为S1＝λH0；
其中，
λ的取值的方法包括：利用雅各布公式，由工作面邻近含水层水位长观孔的降深推算工作面概化大井中心处流量，而后根据工作面概化大井中心处流量，利用裘布依承压含水层公式可反推概化大井中心处含水层水位降深，求得λ＝S1/H0；
或者，根据已有生产工作面初次垮落产生的矿井涌水量，利用裘布依承压含水层公式反推概化大井中心处含水层水位降深，而后求得λ＝S1/H0；
此时，采用承压含水层计算公式进行计算第一阶段涌水量：
Q1＝2.73KMS1/(lgR1-lgr1)，
其中，
Figure BDA0003291708390000031
式中：Q1-第一阶段预计矿井涌水量；K-渗透系数m/d；M-含水层的厚度；S1-第一阶段由于矿井排水而引起的水位降深值；H0-初始承压水位高度；R1-第一阶段引用影响半径，R0＝r0+R；r1-第一阶段引用半径。
进一步地，在S4中，当工作面第二阶段开采完成，即顶板第二次垮落，降落漏斗持续扩展，此时可以利用第一阶段产生的矿井涌水量在此处形成的降深反推第二阶段开采结束时概化大井中心的初始水位；
第一阶段涌水量在此处形成的降深采用非稳定流的近似理论公式Jacob公式进行计算：
Figure BDA0003291708390000032
式中：T-含水层导水系数；t1-第一阶段推进所需时间；r1-第一阶段引用半径；μ*-含水层贮水系数。
进一步地，在S5中，考虑第一阶段影响，确定第二阶段降深：S2＝λ(H0-S′1)；
再重复第一阶段涌水量计算方法，计算第二阶段涌水量：
Q2＝2.73KMS2/(lgR2-lgr2)，
其中，
Figure BDA0003291708390000041
式中：Q2-第二阶段预计矿井涌水量；K-渗透系数m/d；M-含水层的厚度；S2-第二阶段由于矿井排水而引起的水位降深值；R2-第二阶段引用影响半径，R0＝r0+R；r2-第二阶段引用半径。
进一步地，在S7中，随着工作面不断推进，当含水层水位疏降至顶板以下，此时工作面涌水量计算采用承压-无压公式：
Qi＝(1.366K(2H-M)M-h2)/(lgRi-lgri)；
式中：H-承压含水层的水头高度，其从巷道底板算起；h-巷道内的水柱高度；K-渗透系数m/d；M-含水层的厚度；Ri-第i阶段引用影响半径；ri-第i阶段引用半径。
进一步地，在S7中，水位降深利用非稳定流的近似理论公式Jacob公式叠加计算每个阶段新的“初始”水位。
本发明提出的“移动大井法”原理，是一种动态计算矿井涌水量的新原理新方法，“移动大井法”原理：基于工作面推进过程中采空区面积、水位漏斗的动态变化过程，构建了“采动大井”中心位置、影响半径不断向前移动的理论模型，以初次(周期)垮落步距为计算单元并概化为“移动大井”，以渐次计算工作面推进过程中的动态涌水量。能够极大修正传统“大井法”计算矿井涌水量的误差，对工作面生产实践过程中涌水量预测具有重要的理论指导意义。
本发明的方法与现有技术相比，优点在于：随着工作面的推进，开采范围及影响半径(即“大井”半径)逐步扩大，每个开采阶段会形成新的降落漏斗及水位降深，工作面涌水量计算利用前期开采对含水层疏降形成新的“初始”水位，极大修正传统“大井法”计算涌水量的误差，有利于对工作面推进工程中各阶段涌水量的准确计算及防治水工作的开展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明提供的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法的流程图。
图2为工作面第一阶段降落漏斗示意图。
图3为工作面推进至第二阶段开采结束降落漏斗变化示意图。
图4为含水层水位降至含水层顶板以下降落漏斗示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1～4所示，本发明提供的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其步骤如下：
S1、获取某矿工作面及其主要充水含水层的水文地质参数，包括工作面长度为480m、宽度为150m、含水层厚度M＝14m、含水层渗透系数K＝0.08m/d，贮水系数μ*＝1.8×10-4，导水系数T＝1.12m2/d，初始水位H0＝150m。
S2、工作面推进过程中或者根据相邻工作面开采经验，获取工作面初次垮落步距为15m。
S3、按初次垮落也即工作面推进15m作为第一阶段，含水层形成第一个降落漏斗，含水层水位下降，工作面开采初期含水层水位较高，此时含水层为承压含水层。
假定第一阶段降深为含水层顶板至底板即S1＝λH0，根据实际观测涌水量求得λ＝1/10，
此时，采用承压含水层计算公式进行计算第一阶段涌水量：Q1＝2.73KMS1/(lgR1-lgr1)；
其中，
Figure BDA0003291708390000061
S4、当工作面第二阶段(顶板第二次垮落)开采完成，降落漏斗持续扩展，降深相对第一阶段减小，此时可以利用第一阶段涌水量在此处形成的降深反推第二阶段开采结束时概化“大井”中心的初始水位。
第一阶段涌水量在此处形成的降深采用非稳定流的近似理论公式Jacob公式进行计算：
Figure BDA0003291708390000062
S5、考虑第一阶段影响，第二阶段降深S2＝λ(H0-S′1)
重复第一阶段涌水量计算方法，计算第二阶段涌水量：Q2＝2.73KMS2/(lgR2-lgr2)，其中
Figure BDA0003291708390000063
S6、重复上述计算步骤，可以垮落步距为单元动态计算工作面推进过程中的涌水量。其中，根据工作面实际开采过程中、后期观测水量，可求得λ分别为1/6、1/3。
S7、随着工作面不断推进，当含水层水位疏降至顶板以下，此时工作面涌水量计算采用承压-无压公式：Qi＝(1.366K(2H-M)M-h2)/(lgRi-lgri)。
根据上述方法，计算机进行了多组测算，其数据结果如表1所示：
表1“移动大井法”动态计算涌水量结果
Figure BDA0003291708390000064
Figure BDA0003291708390000071
根据上述计算方法，可以垮落步距为单元预测工作面推进过程中的动态涌水量。经查验与工作面生产实际涌水量情况相符。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、统计整合回采工作面主要充水含水层的水文地质参数；
S2、以垮落步距为单元概化工作面推进过程中不同阶段的移动大井；
S3、利用稳定流公式计算第一阶段结束时的工作面涌水量；
S4、利用初次垮落阶段工作面涌水量，采用非稳定流公式计算在第二阶段开采结束且周期垮落前后概化大井中心的水位降深；
S5、第二阶段周期垮落后，利用第一阶段开采形成的水位降深，叠加计算第二阶段开采时的初始水位，并计算第二阶段结束且周期垮落后的工作面涌水量；
S6、重复上述计算过程，依次动态计算工作面推进过程中各阶段的涌水量。
2.根据权利要求1所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，其步骤还包括：
S7、当含水层水位降至顶板以下，采用承压-无压公式计算工作面涌水量，利用构建移动大井法数学模型，以垮落步距为单元动态计算工作面推进过程中的涌水量。
3.根据权利要求2所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S1中，获取的水文地质参数包括工作面长度和宽度、含水层渗透系数、厚度、导水系数、贮水系数和初始承压水位高度。
4.根据权利要求1所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S2中，先获取工作面初次垮落步距，再以垮落步距为计算单元构建工作面推进过程中不同推进距离的移动大井。
5.根据权利要求4所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，以初次垮落步距为计算单元构建工作面推进过程中不同推进距离的移动大井。
6.根据权利要求3所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于：在S3中，按初次垮落作为第一阶段，含水层形成第一个降落漏斗，含水层水位下降，工作面开采初期含水层水位较高，此时含水层为承压含水层；
假定第一阶段降深为S1＝λH0；
其中，
λ的取值的方法包括：利用雅各布公式，由工作面邻近含水层水位长观孔的降深推算工作面概化大井中心处流量，而后根据工作面概化大井中心处流量，利用裘布依承压含水层公式可反推概化大井中心处含水层水位降深，求得λ＝S1/H0；
或者，根据已有生产工作面初次垮落产生的矿井涌水量，利用裘布依承压含水层公式反推概化大井中心处含水层水位降深，而后求得λ＝S1/H0；
此时，采用承压含水层计算公式进行计算第一阶段涌水量：
Q1＝2.73KMS1/(lgR1-lgr1)，
其中，
Figure FDA0003291708380000021
式中：Q1—第一阶段预计矿井涌水量；K—渗透系数m/d；M—含水层的厚度；S1—第一阶段由于矿井排水而引起的水位降深值；H0—初始承压水位高度；R1—第一阶段引用影响半径，R0＝r0+R；r1—第一阶段引用半径。
7.根据权利要求6所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S4中，当工作面第二阶段开采完成，即顶板第二次垮落，降落漏斗持续扩展，降深相对第一阶段减小，此时可以利用第一阶段涌水量在此处形成的降深反推第二阶段开采结束时概化大井中心的初始水位；
第一阶段涌水量在此处形成的降深采用非稳定流的近似理论公式Jacob公式进行计算：
Figure FDA0003291708380000031
式中：T-含水层导水系数；t1-第一阶段推进所需时间；r1—第一阶段引用半径；μ*-含水层贮水系数。
8.根据权利要求7所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S5中，考虑第一阶段影响，确定第二阶段降深：S2＝λ(H0-S'1)；
再重复第一阶段涌水量计算方法，计算第二阶段涌水量：
Q2＝2.73KMS2/(lgR2-lgr2)，
其中，
Figure FDA0003291708380000032
式中：Q2—第二阶段预计矿井涌水量；K—渗透系数m/d；M—含水层的厚度；S2—第二阶段由于矿井排水而引起的水位降深值；R2—第二阶段引用影响半径，R0＝r0+R；r2—第二阶段引用半径。
9.根据权利要求8所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S7中，随着工作面不断推进，当含水层水位疏降至顶板以下，此时工作面涌水量计算采用承压-无压公式：
Qi＝(1.366K(2H-M)M-h2)/(lgRi-lgri)；
式中：H-承压含水层的水头高度，其从巷道底板算起；h-巷道内的水柱高度；K—渗透系数m/d；M—含水层的厚度；Ri—第i阶段引用影响半径；ri—第i阶段引用半径。
10.根据权利要求9所述的基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法，其特征在于，在S7中，水位降深利用非稳定流的近似理论公式Jacob公式叠加计算每个阶段新的初始水位。
CN202111166130.9A 2021-09-30 2021-09-30 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法 Pending CN113836742A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111166130.9A CN113836742A (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111166130.9A CN113836742A (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113836742A true CN113836742A (zh) 2021-12-24

Family

ID=78967977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111166130.9A Pending CN113836742A (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113836742A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114991872A (zh) * 2022-06-23 2022-09-02 中煤能源研究院有限责任公司 富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114991872A (zh) * 2022-06-23 2022-09-02 中煤能源研究院有限责任公司 富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108955649A (zh) 一种煤矿工作面顶板过程涌水量的预测方法
CN104179514B (zh) 水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法
CN102272414B (zh) 优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法
CN106884677A (zh) 坚硬顶板特厚煤层开采强矿压预测预控方法
CN109166633B (zh) 矿井涌水量计算方法及装置
CN106682318B (zh) 一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法
CN112593901A (zh) 页岩气井全生产周期生产制度与排采工艺智能优化方法
CN113836742A (zh) 一种基于移动大井法原理的动态计算矿井涌水量的方法
CN107886185A (zh) 一种基于空间分析的矿井静涌水量计算方法及系统
CN109858177A (zh) 一种基于拟流线法的底水油藏水平井水驱数值模拟方法
CN112576248A (zh) 一种底水气藏早期产能评价预测方法
CN111255431A (zh) 对小曲率半径定向井进行优化的方法和装置
CN113982686B (zh) 近距离煤层群蹬空房柱式采空区采煤方法及系统
US11066911B2 (en) Operating hydrocarbon wells using modeling of immiscible two phase flow in a subterranean formation
CN111119992B (zh) 一种煤层顶板疏放水钻孔参数确定方法
CN111428357B (zh) 基于覆岩剩余自由空间高度的地表最大下沉值确定方法
CN112948924A (zh) 基于覆岩结构的近松散层开采导水裂隙带高度确定方法
CN111472722B (zh) 煤层气合采井分层产气能力预测方法以及装置
RU2477792C1 (ru) Способ определения высоты зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством на пластовых месторождениях
CN112901144A (zh) 一种特殊结构井井筒溢流动态特性分析方法
CN110700884B (zh) 一种基于解析法比拟预测综放工作面涌水量的方法
CN118261736A (zh) 基于多维度灰色系统的煤矿超前支承压力响应面预测方法
CN107944127A (zh) 一种井工开采地表沉陷参数拐点偏距的确定方法
CN116127788B (zh) 定向切顶碎胀充填开采工作面地表损害智能预测方法
CN113496301B (zh) 油气田资产评价方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination