绿色低碳保水采煤优选方法技术

本发明专利技术公开一种绿色低碳保水采煤优选方法，属于煤炭保水开采领域。获取采前含水层数据及矿区覆岩的初始渗透性数据；根据含水层上界面深度与地表植被生长所需的地下水深度进行分类并构建采动覆岩渗透率演化模型，比较不同采煤方法及开采参数下的覆岩渗透率演化规律及渗透性分区特征，得到渗流隔离带层位，确定其等效渗透系数及渗流速度与含水层补给速度对比，初步得到含水层水位下降判据；利用软件模拟得到含水层水位下降的数值；采用不同的采煤方法调整含水层水位下降量，又通过调整开采布置方式与开采参数对含水层的水位进行微调。其步骤简单，通过调节含水层水位的保持或下降，从而维护和改善地表植被，有利于水资源保护型绿色矿山的建设。保护型绿色矿山的建设。保护型绿色矿山的建设。

Optimization method of green low carbon and water conservation coal mining

【技术实现步骤摘要】
绿色低碳保水采煤优选方法


[0001]本专利技术涉及一种绿色低碳保水采煤优选方法，属于煤炭保水开采领域。

技术介绍

[0002]在煤矿开采过程中，为保证矿井的安全生产进行的疏水降压工作，导致地下水位大幅度下降，形成大范围失水区，导致原本就稀缺的水资源遭受严重破坏，使地表生态受到影响。同时，外排的矿井水大部分蒸发损失，造成了水资源的浪费。如何实现煤炭开采与水资源保护相协调，是矿区保水开采面临的重大难题之一。目前，矿区保水采煤的核心是保护煤层上方隔水层的稳定性和完整性，避免形成导水裂隙导致的渗透性急剧劣化，从而堵截地下水向采空区渗流，实现地下水位保护的目的，包括充填开采、限高开采、房柱式开采等采煤方法以及帷幕注浆和覆岩离层注浆等隔水层修复和覆岩减沉技术。然而这些采煤技术仅把裂隙是否发育至含水层作为保水开采能否实现的唯一判据，而忽略了裂隙未贯通的初始孔隙率较大的岩层的渗流隔离作用。另外，当前的FLAC
3D
数值模拟仅开挖，无法实现顶板的垮落、堆积并压实的模拟，因此无法真实还原覆岩的应力演化状态，模拟的含水层的空隙水压力也相对缺乏准确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色低碳保水采煤优选方法，其特征在于：首先获取矿区采前地下含水层补、径、排关系的水文地质条件以及整个矿区覆岩的初始渗透系数，然后根据含水层的上界面深度与地表植被生长所需的地下水深度进行分类，包括有利于地表植被生长的采后含水层上界面下降、保持和水位上升三种类型；构建覆岩双重裂隙渗透率演化模型，研究不同采煤方法及不同开采参数条件下的覆岩渗透率演化规律及渗透性分区特征，然后根据覆岩渗透率演化规律及渗透性分区特征得到渗流隔离带层位信息，结合前期获得的初始渗透系数确定渗流隔离带层位的采动等效渗透系数，通过采动等效渗透系数得到渗流速度v
s
；将渗流速度v
s
与含水层补给速度v
a
对比，得到不同采煤方法采后渗流隔离带渗流失稳，即含水层水位下降的初步判据：v
s
＞v
a
，利用v
s
＞v
a
的判据初步选择能够确保含水层水位不下降，进而保护地表植被的采煤方法；采用FLAC
3D
流固耦合数值模拟，进一步精确得到初选采煤方法的含水层水位下降具体数值，并与初步判据相互验证；最后采用不同的采煤方法以实现大幅调整含水层水位下降量，同时每种采煤方法又通过调整开采布置方式与开采参数对含水层的水位进行微调，通过不同采煤方法对含水层的上界面位置进行控制，从而寻找满足地表植被生长的最佳采煤方法。2.根据权利要求1所述绿色低碳保水采煤优选方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：获取采煤区采前地下含水层补、径、排关系的水文地质条件，以及整个矿区上覆岩层的初始渗透性；步骤二：根据采煤区地层中所有的含水层上界面深度与地表植被生长所需的地下水深度进行分类，确定有利于地表植被生长的采后含水层上界面下降、保持和上升三种类型；步骤三：提出同时考虑裂隙与孔隙渗流的采动覆岩渗透率动态演化模型，并将采动覆岩渗透率动态演化模型嵌入COMSOL仿真模拟软件，得到针对采动覆岩渗透率动态演化模型使用不同采煤方法的覆岩渗透率演化规律及渗透性分区特征；步骤四：根据渗流隔离带层位计算公式并结合渗流隔离带层位与含水层间距，得到渗流隔离带等效渗透系数，并进一步得到渗流速度，将渗流速度与含水层补给速度对比，得到保水采煤的初步判据，即含水层水位下降的初步判据；步骤五：提出长壁垮落开采与充填开采FLAC
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流固耦合精确数值模拟所需的采空区垮落矸石双屈服本构模型与充填体应变软化本构模型参数的准确标定方法，精确获得两种采煤方法的采动覆岩应力路径，进而精准确定含水层水位变化的具体值；步骤六：采用初步判据筛选出的不同保水采煤方法进行FLAC
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流固耦合数值模拟，通过改变采煤方法大幅调整含水层水位下降量，每种采煤方法又通过调整开采布置方式与开采参数对含水层的水位进行微调，最终实现保水采煤方法的优选。3.根据权利要求2所述的绿色低碳保水采煤优选方法，其特征在于所述步骤三中，采动覆岩渗透率动态演化模型为基于基质渗透率与裂隙渗透率非线性叠加的双重裂隙渗流动态耦合模型：
其中，k表示岩石渗透率，k0表示岩石初始渗透率，k
m0
表示基质初始渗透率，k
f0
表示裂隙初始渗透率，φ
f0
表示岩石初始裂隙率，β表示基质变形Biot系数；Δε
m
表示基质应变增量，φ
m0
表示基质初始裂隙率，ξ表示裂隙影响系数，Δε
v
表示基质与裂隙共同的应变增量，α
k
表示损伤影响系数，D表示岩石的损伤变量。4.根据权利要求2所述的绿色低碳保水采煤优选方法，其特征在于所述步骤三中，根据采动覆岩渗透率演化，进一步划分不同采煤方法条件下的覆岩渗透性分区包括：1.1)将长壁垮落开采含水层与煤层之间岩层由下到上分为：渗漏带、渗流带与渗流隔离带；1.2)将条带开采含水层与煤层之间的岩层在水平和垂直方向分为：渗流衰减带、渗流隔离带、渗流叠加带、渗流恒增带和渗流剧增带；1.3)将短壁和长壁充填开采含水层与煤层之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：马立强，许玉军，翟江涛，范立民，周楠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：