一种针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法技术

本发明专利技术公开了一种针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，包括以下步骤：根据矿区水文地质条件，设置顶板本次放水试验所需的放水孔、并选定观测孔；收集本次放水试验之前预定时间内，在工作面钻孔放水的条件下观测孔的观测数据，即时间‑水位数据；打开本次放水试验的放水孔，以某一恒定的水量开始放水，并同步观测观测孔的水位，以获得放水过程中观测孔时间‑水位数据；利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，获得本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深；以及利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算含水层渗透系数。本发明专利技术消除了放水试验过程中由于其他工作面疏放水干扰，提高了矿井水文地质参数值的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿井水文地质领域，尤其涉及一种在煤矿开采过程中工作面上大量钻孔疏放水干扰下，开展放水试验求取含水层参数的新方法。
技术介绍
含水层参数获取是水文地质工作中一项重要的内容，在矿山开采过程中常利用放水试验的方法来获取含水层参数值，进而评价含水层水文地质条件。同时放水试验也是探查矿井水文地质条件的有效方法之一，是矿山开采重要的补充勘探手段。在我国鄂尔多斯盆地侏罗系煤田主要受顶板砂岩水的威胁，利用顶板放水试验方法来查明煤层顶板含水层水文地质条件并求取含水层参数。在矿山放水试验过程中，常遇到其他采煤工作面疏放水背景下，但以往研究者未考虑到其他采煤工作面大量钻孔疏放水对放水试验产生干扰的影响，因此计算得出的参数值存在一定误差。采煤工作面上放水钻孔数量比较多、且水量差别大，统计起来费人力、物力，且计算出的结果也存在较大误差。故在此情况下，本专利技术提供一种能够快速、简便、有效的得出含水层参数的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在群孔干扰顶板放水的情况下，利用单孔放水试验能够快速、简便、有效的得出含水层渗透系数的方法。为此，本专利技术提供了一种针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，包括以下步骤：根据矿区水文地质条件，设置顶板本次放水试验所需的放水孔、并选定观测孔；收集本次放水试验之前预定时间内，在工作面钻孔放水的条件下观测孔的观测数据，即时间-水位数据；打开本次放水试验的放水孔，以某一恒定的水量开始放水，并同步观测观测孔的水位，以获得放水过程中观测孔时间-水位数据；利用观测孔时间-水位数据来预测放水过程中工作面钻孔放水单独对观测孔造成的水位下降，利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，得出本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深；以及利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算含水层渗透系数。进一步地，在观测孔水位稳定预定时间例如1～3天后停止放水试验。进一步地，上述预定时间为本次放水试验开始之前一年。进一步地，上述利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算含水层渗透系数包括：利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深，由地下水动力学中的非稳定流理论，将其概化为单孔定流量抽水的数学模型，然后根据地下水动力学中的配线法求出含水层渗透系数。进一步地，上述数学模型为：以及其中，s*为放水影响范围内，任一点任一时刻的水位降深，[m]；Q为放水孔的流量，[m3/h]；W(u)为井函数；T为导水系数，[m2/h]；K为渗透系数，[m/h]；t为自放水试验开始到计算时刻的时间，[h]；r为观测孔到放水孔的距离，[m]；M为含水层厚度，[m]；u为含水层的贮水系数，[-]。进一步地，上述观测孔前期进行加密观测，观测频率按照开始后的第1min、2min、3min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、75min、90min、105min、120min的时间进行观测，此后每个半小时观测一次。进一步地，上述矿区水文地质条件包括：本次放水试验的含水层的埋藏条件，含水层厚度，其中，观测孔从工作面上顶板钻孔放水对本次放水试验产生干扰的观测孔中选择。根据本专利技术的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，消除了放水试验过程中由于其他工作面疏放水干扰，利用单孔放水试验能够快速、简便、有效的得出含水层参数，提高了矿井水文地质参数值的准确性。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法的流程图；图2是根据本专利技术一实施例的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法的应用场合的示意图；图3是根据本专利技术一实施例中的水J8观测孔水位在本次放水试验之前近一年的数据的拟合曲线图；图4是根据本专利技术一实施例中的水J8放水试验开始后的三段时间中的第217天至225天的数据的配线法拟合曲线图；图5是根据本专利技术一实施例中的水J8放水试验开始后的三段时间中的226天229天的数据的配线法拟合曲线图；以及图6是根据本专利技术一实施例中的水J8放水试验开始后的三段时间中的230天至235天的数据的配线法拟合曲线图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1至图6示出了根据本专利技术的一些实施例。如图1所示，本专利技术的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法步骤为：S11、根据矿区水文地质条件，设置顶板本次放水试验所需的放水孔、并选定观测孔；S13、收集本次放水试验之前预定时间内，在工作面钻孔放水的条件下所述观测孔的观测数据，即时间-水位数据；S15、打开本次放水试验的放水孔，以某一恒定的水量开始放水，并同步观测所述观测孔的水位，以获得放水过程中观测孔时间-水位数据；S17、利用所述观测孔时间-水位数据来预测放水过程中工作面钻孔放水单独对观测孔造成的水位下降，利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，得出本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深；以及S19、利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算所述含水层渗透系数。在步骤S11中，确定开展本次放水试验的含水层的埋藏条件(即含水层为潜水、承压水或上层滞水)，含水层厚度,探寻哪些工作面上顶板钻孔放水对本次放水试验产生干扰，进而选定本次顶板放水试验所需要的放水孔、以及受本次放水试验影响的具有代表性的观测孔。在步骤S13中，收集本次放水试验开始之前近一年内，在有工作面顶板钻孔大量放水的条件下，该具有代表性的观测孔的所记录的数据(即时间-水位数据)；利用已记录数据，采用线性或非线性方程拟合时间-水位数据曲线公式：H1＝H(t)-----------------(1)在步骤S15中，打开本次放水试验放水孔，设定放水孔以某一恒定的水量Q开始放水，与此同时，具有代表性的观测孔同步观测，记录下放水过程中具有代表性的观测孔的时间-水位数据Ht；其中，观测孔前期进行加密观测，观测频率按照开始后的第1min、2min、3min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、75min、90min、105min、120min的时间进行观测，此后每个半小时观测一次，待观测孔水位稳定后停止放水试验。在步骤S17中，利用所得到的步骤(2)中拟合曲线，代入本次放水试验所记录的时间，求出观测孔水位值，得到预测的放水过程中工作面钻孔放水单独对观测孔造成的水位下降值；根据地下水动力学中的叠加机理(不同的放水孔导致观测孔水位下降，其中观测孔的水位降深等于各放水孔单独对观测孔产生降深的叠加)，利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，得出本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深s*，其计算公式为：s*＝-[Ht-H(t)]-----------(2)在步骤S19中，利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深，由地下水动力学中的非稳定流理论，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，其特征在于，包括以下步骤：根据矿区水文地质条件，设置顶板本次放水试验所需的放水孔、并选定观测孔；收集本次放水试验之前预定时间内，在工作面钻孔放水的条件下所述观测孔的观测数据，即时间‑水位数据；打开本次放水试验的放水孔，以某一恒定的水量开始放水，并同步观测所述观测孔的水位，以获得放水过程中观测孔时间‑水位数据；利用所述观测孔时间‑水位数据来预测放水过程中工作面钻孔放水单独对观测孔造成的水位下降，利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，得出本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深；以及利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算含水层渗透系数。

【技术特征摘要】
1.一种针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，其特征在于，包括以下步骤：根据矿区水文地质条件，设置顶板本次放水试验所需的放水孔、并选定观测孔；收集本次放水试验之前预定时间内，在工作面钻孔放水的条件下所述观测孔的观测数据，即时间-水位数据；打开本次放水试验的放水孔，以某一恒定的水量开始放水，并同步观测所述观测孔的水位，以获得放水过程中观测孔时间-水位数据；利用所述观测孔时间-水位数据来预测放水过程中工作面钻孔放水单独对观测孔造成的水位下降，利用总降深减去预测的工作面钻孔造成的降深，得出本次单孔放水试验的放水孔单独对观测孔造成的降深；以及利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算含水层渗透系数。2.根据权利要求1所述的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，其特征在于，在观测孔水位稳定预定时间后停止放水试验。3.根据权利要求1所述的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，其特征在于，所述预定时间为本次放水试验开始之前一年。4.根据权利要求1所述的针对煤矿顶板放水试验求取渗透系数方法，其特征在于，所述利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深来计算所述含水层渗透系数包括：利用本次单孔放水试验的放水孔对观测孔的降深，由地下水动力学中的非稳定流理论，将其概化为单孔定流量抽水的数学模型，然后根据地下水...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪迁迁，黎志豪，许光泉，高加林，蔡有京，杨婷婷，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34