一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法技术

技术编号:20076255 阅读:32 留言:0更新日期:2019-01-15 00:59
本发明专利技术涉及矿井水文地质领域,公开一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,步骤一:确定煤层开采底板直接充水含水层;步骤二:确定预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型;步骤三:获取预测工作面的参数;步骤四:获取与所述预测工作面比拟的采煤工作面的参数;步骤五:利用步骤三和步骤四的参数预测底板充水采煤工作面的涌水量Q1;步骤六:依据预测的底板充水采煤工作面的涌水量Q1布置工作面排水系统,使得工作面排水系统的排水能力Q2不小于λQ1,λ为安全系数。本发明专利技术的方法具有以下特点:操作简单、易实施;考虑充水含水层的水文地质条件,预测更准确;能够与水文地质条件有一定差别的工作面进行类比,可参考范围更广。

A Method for Predicting Water Inrush from Working Face by Multi-factor Analogy of Floor Filling

The invention relates to the field of mine hydrogeology, and discloses a method for predicting the water inflow of working face by comparing multiple factors of floor water filling. The first step is to determine the aquifer directly filled with water in mining floor; the second step is to determine the Q-S curve type of the aquifer directly filled with water in predicting working face; the third step is to obtain the parameters of predicting working face; and the fourth step is to obtain the ratio of predicting working face. The parameters of the proposed mining face; Step 5: Predict the water inflow Q1 of the floor water-filled mining face by using the parameters of Step 3 and Step 4; Step 6: Layout the drainage system of the working face according to the predicted water inflow Q1 of the floor water-filled mining face, so that the drainage capacity Q2 of the drainage system of the working face is not less than lambda Q1, lambda is the safety factor. The method of the present invention has the following characteristics: simple operation, easy implementation, more accurate prediction considering hydrogeological conditions of water-filled aquifers, and can be compared with working faces with certain differences in hydrogeological conditions, with a broader reference range.

【技术实现步骤摘要】
一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法
本专利技术涉及矿井水文地质领域,尤其涉及煤矿底板充水多因素比拟预测采煤工作面涌水量的方法。
技术介绍
采煤工作面排水能力的设计取决于采煤工作面涌水量的大小,若预测的工作面涌水量偏小,会造成工作面突水事故,若预测的涌水量偏大,则造成排水系统闲置、效率低下。特别是煤层底板充水的工作面,我国煤层底板充水含水层多为岩溶裂隙含水层,其重要特征是不均一性,即预测底板充水工作面涌水量时,传统的“比拟法”存有缺陷。传统的“比拟法”预测涌水量主要考虑水文条件类似的工作面,依据开采面积的不同、含水层降深不同,来预测未来工作面的涌水量,虽然比较贴近实际,但是水文地质条件完全类似在很多情况下难以达到,且水文地质条件相似程度无法评估,使得预测结果与实际有差距。综合以上,目前预测底板充水工作面涌水量的方法存在以下几点问题:1)传统的“比拟法”难以寻找水文地质条件完全相似的工作面,实施预测工作面困难;2)传统的“比拟法”,只考虑工作面开采的面积和含水层降深,对水文地质条件(包括含水层补给性、渗透性)的相似程度不予考虑,使得工作面涌水量预测存在偏差。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题,提供一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法。本专利技术采用的技术方案如下:一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,包括下述步骤:步骤一:确定煤层开采底板直接充水含水层;步骤二:确定预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型;步骤三:获取预测工作面的参数,该参数包括预测工作面面积F1、预测工作面直接充水含水层从原始水位降低至煤层底板时的水位降低值S1以及预测工作面的直接充水含水层的水文地质条件系数值c1,c1通过步骤二获得的Q~S曲线获取;步骤四:获取与所述预测工作面比拟的采煤工作面的参数,该参数包括比拟的采煤工作面面积F0、比拟的采煤工作面直接底板充水含水层原始水位降低至煤层底板的水位降低值S0以及比拟的采煤工作面直接充水含水层的水文地质条件系数值c0;c0是在比拟的采煤工作面开采以前,通过比拟工作面的单孔放水试验获得相应的Q~S曲线获取;所述比拟的采煤工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型与所述预测工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型一致;步骤五:预测底板充水采煤工作面的涌水量Q1:步骤六:依据预测的底板充水采煤工作面的涌水量Q1布置工作面排水系统,使得工作面排水系统的排水能力Q2不小于λQ1,λ为安全系数。步骤一的具体过程如下:计算煤层底板含水层突水系数值TS,煤层底板含水层突水系数值TS大于等于临界突水系数TS0的含水层为底板直接充水含水层。煤层底板含水层突水系数值TS的计算方法如下:其中,P为煤层底板至含水层之间的隔水层承受的底板含水层给予的水压;M为煤层底板至含水层之间的隔水层厚度。临界突水系数TS0的取值为0.06~0.10。步骤二的具体过程如下:对预测工作面的直接充水含水层采用同一个钻孔,钻孔孔径大于等于91mm,对直接充水含水层层位进行不同放水量Q的单孔放水试验3次以上,分别测定钻孔内含水层水位降深值S,并采用最小二乘法分别拟合直线型曲线方程Q=qS、抛物线型曲线方程S=aQ+bQ2、幂函数型曲线方程Q=nSm和对数曲线方程型Q=c+dlgS,其中q、a、b、c、d、m与n为待定系数;分别计算各拟合曲线方程的拟合度R12、R22、R32和R42,选择拟合度最大的拟合曲线方程为预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型。步骤三中,预测工作面的直接充水含水层的水文地质条件系数值c1获取过程如下:在步骤二获得的Q~S曲线上找出水位降低值为S1时所对应的钻孔放水量Q′,有则其中,预测工作面的单孔放水试验产生的多次钻孔内含水层水位低值的最大值的1.5~10倍均须大于预测工作面的水位降低值S1。步骤四中,c0通过比拟工作面的单孔放水试验获得相应的Q~S曲线获取的过程如下:在比拟工作面的单孔放水试验获得相应的Q~S曲线上找到水位降低值S1时所对应的钻孔放水量Q′0,有则其中,比拟工作面的单孔放水试验产生的多次钻孔水位降低值的最大值的1.5~10倍均须大于比拟的工作面的水位降低值S0及预测工作面的水位降低值S1。步骤六中,λ的取值为1.2~1.5。与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:传统的比拟法预测底板充水占绝对优势的采煤工作面涌水量时,只考虑直接充水含水层降深S和工作面开采面积F,认为工作面涌水量Q与降深S和开采面积F的1/2次方成正比,但工作面底板充水含水层由于补给性能和渗透性能差距很大,使得传统预测方法存在弊端。本专利技术的底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法先确定煤层开采中预测工作面底板直接充水含水层,再确定预测工作面底板直接充水含水层的Q~S曲线类型,Q~S曲线中包含有工作面不同的水文地质条件信息,因此可提高涌水量预测的精度。而水文地质条件系数值是钻孔内的直接充水含水层在相同降低值S1和相同孔径的前提下,降低1个单位深度下的钻孔涌水量,且该值是源于在不同钻孔涌水量和钻孔内含水层降深的试验经验公式上获取的,因此能够表征直接充水含水层在该区域的补给性和渗透性。所以,考虑含水层水文地质条件的底板充水工作面涌水量预测是考虑了底板含水层条件类型和数值差异的预测,相比传统预测方法更加接近实际。因此本专利技术的方法还具有:1)操作简单、易实施;2)考虑充水含水层的水文地质条件,预测更准确;3)能够与水文地质条件有一定差别的工作面进行类比,可参考范围更广。附图说明图1是本专利技术底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例来对本专利技术作进一步的说明。如图1所示,本专利技术的底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,包括下述步骤:步骤一:确定煤层开采底板直接充水含水层。具体过程为:针对底板充水占绝对优势的采煤工作面,依据煤田勘探资料计算煤层底板含水层突水系数值TS、煤层底板含水层突水系数值TS大于等于临界突水系数TS0的含水层为底板直接充水含水层,TS0为0.06~0.10。煤层底板含水层突水系数TS的计算方法如下:其中,P为煤层底板至含水层之间的隔水层承受的底板含水层给予的水压,单位MPa;M为煤层底板至含水层之间的隔水层厚度,单位m。步骤二:确定预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型。具体过程为:对预测工作面的直接充水含水层采用有代表性的同一个钻孔,钻孔孔径大于等于91mm,对直接充水含水层层位进行不同放水量Q的单孔放水试验3次以上,分别测定钻孔内含水层水位降深S值,并采用最小二乘法分别拟合直线型曲线方程Q=qS、抛物线型曲线方程S=aQ+bQ2、幂函数曲线型曲线方程Q=nSm和对数曲线型曲线方程Q=c+dlgS,分别计算各拟合曲线方程的拟合度R12、R22、R32和R42,其中q、a、b、c、d、m与n为待定系数,拟合度最大的拟合方程选定为预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型,即预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线为直线型、抛物线型、幂函数曲线型或对数曲线型4个中的1个。步骤三:获取预测的采煤工作面的多个参数。参数包括预测的采煤工作面面积F1(单位为m2)、预测的采煤工作面直接充水含水层从原始水位降低至煤层底板时的水位降低值S1(单位为m)及预测工作面的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,其特征在于,包括下述步骤:步骤一:确定煤层开采底板直接充水含水层;步骤二:确定预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型;步骤三:获取预测工作面的参数,该参数包括预测工作面面积F1、预测工作面直接充水含水层从原始水位降低至煤层底板时的水位降低值S1以及预测工作面的直接充水含水层的水文地质条件系数值c1,c1通过步骤二获得的Q~S曲线获取;步骤四:获取与所述预测工作面比拟的采煤工作面的参数,该参数包括比拟的采煤工作面面积F0、比拟的采煤工作面直接底板充水含水层原始水位降低至煤层底板的水位降低值S0以及比拟的采煤工作面直接充水含水层的水文地质条件系数值c0;c0是在比拟的采煤工作面开采以前,通过比拟工作面的单孔放水试验获得相应的Q~S曲线获取;所述比拟的采煤工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型与所述预测工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型一致;步骤五:预测底板充水采煤工作面的涌水量Q1:

【技术特征摘要】
1.一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,其特征在于,包括下述步骤:步骤一:确定煤层开采底板直接充水含水层;步骤二:确定预测工作面的直接充水含水层的Q~S曲线类型;步骤三:获取预测工作面的参数,该参数包括预测工作面面积F1、预测工作面直接充水含水层从原始水位降低至煤层底板时的水位降低值S1以及预测工作面的直接充水含水层的水文地质条件系数值c1,c1通过步骤二获得的Q~S曲线获取;步骤四:获取与所述预测工作面比拟的采煤工作面的参数,该参数包括比拟的采煤工作面面积F0、比拟的采煤工作面直接底板充水含水层原始水位降低至煤层底板的水位降低值S0以及比拟的采煤工作面直接充水含水层的水文地质条件系数值c0;c0是在比拟的采煤工作面开采以前,通过比拟工作面的单孔放水试验获得相应的Q~S曲线获取;所述比拟的采煤工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型与所述预测工作面的单孔放水试验的Q~S曲线类型一致;步骤五:预测底板充水采煤工作面的涌水量Q1:步骤六:依据预测的底板充水采煤工作面的涌水量Q1布置工作面排水系统,使得工作面排水系统的排水能力Q2不小于λQ1,λ为安全系数。2.根据权利要求1所述的一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,其特征在于,步骤一的具体过程如下:计算煤层底板含水层突水系数值TS,煤层底板含水层突水系数值TS大于等于临界突水系数TS0的含水层为底板直接充水含水层。3.根据权利要求2所述的一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,其特征在于,煤层底板含水层突水系数值TS的计算方法如下:其中,P为煤层底板至含水层之间的隔水层承受的底板含水层给予的水压;M为煤层底板至含水层之间的隔水层厚度。4.根据权利要求2所述的一种底板充水多因素比拟预测工作面涌水量的方法,其特征在于,...

【专利技术属性】
技术研发人员:李涛高颖艾德春杨军伟粟梅
申请(专利权)人:六盘水师范学院
类型:发明
国别省市:贵州,52

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