一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法技术

本发明专利技术涉及一种涌水量预测方法，属于煤炭技术领域，具体是涉及一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法。本发明专利技术结合地层沉积规律及其沉积相特征，划分了含水层渗透系数分区，提出了基于时间、空间和水位三要素的多工作面连续回采边界条件精细化概化方法，建立了研究区三维水文地质概念模型及数值模型，精细化预测了多工作面采空区涌水量。通过本发明专利技术，完善了多工作面连续回采边界条件的概化方法以及多工作面采空区涌水量随采连续精细化预测数值方法，使涌水量预测结果更加符合现场实际涌水量，提高了多工作面采空区涌水量预测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法
本专利技术涉及一种涌水量预测方法，属于煤炭
，具体是涉及一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法。
技术介绍
矿井涌水量为矿井在建设或开发过程中，不同的水源经过不同的通道进入矿井的水量。矿井涌水量预测工作是矿井设计、采掘规划以及水害防治的基础。多年来，在水文地质工作者的不断积累中形成了一系列的矿井涌水量预测方法。目前，矿井涌水量的计算大致可分为确定性和非确定性计算方法。其中非确定计算法包含有相关分析法、灰色理论法、水文地质比拟法、神经网络法等，确定性计算法包含有水均衡法、解析法以及数值法等。多工作面采空区涌水量预测是一项复杂的工作，不仅需要综合考虑矿井的地质和水文地质条件，同时需要紧密结合矿井的回采接续计划。涌水量是随着工作面回采的不断进行以及水文地质参数的不断变化呈现一定的时空变化，是一个连续动态过程。渗透系数是反映含水层水文地质条件的重要参数，其与地层沉积规律密切相关，砂体展布及其物性特征控制着地层渗透性的分布。在诸多涌水量预测方法中，数值法较其他方法优越，可以更好地反应矿井的水文地质条件。以往的工作面采空区涌水量预测数值方法中水文地质参数多取自勘探阶段的抽(放)水试验数据，较少考虑地层的沉积相及砂体展布规律，同时对于多工作面连续回采的内边界概化方法不完善，不能全面反映工作面实际回采连续精细化过程，导致多工作面采空区涌水量随采连续预测数值方法不完善，预测不准。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的含水层水文地质参数划分较少考虑地层沉积规律以及缺乏多作面连续回采边界条件的概化方法所导致的多工作面采空区涌水量预测精度不高的技术问题，提出了一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法。该方法结合地层沉积规律及其沉积相特征，划分了含水层渗透系数分区，提出了基于时间、空间和水位三要素的多工作面连续回采边界条件精细化概化方法，建立了研究区三维水文地质概念模型及数值模型，精细化预测了多工作面采空区涌水量。通过本专利技术，完善了多工作面连续回采边界条件的概化方法以及多工作面采空区涌水量随采连续精细化预测数值方法，使涌水量预测结果更加符合现场实际涌水量，提高了多工作面采空区涌水量预测精度。为解决上述问题，本专利技术的方案是：一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，包括：地层沉积规律研究步骤，用于依据采集勘探取样确定地质沉积相赋存形态；回采两带高度计算步骤，用于确定煤层开采的垮落带和导水裂缝带发育高度；采掘过程精细刻画步骤，用于从时间、空间和水位精细化表征多工作面连续回采过程并概化多工作面随采精细化边界条件；地质概念模型构建步骤，根据所述地质沉积相赋存形态和所述垮落带和导水裂缝带发育高度重新剖分出两层模型；基于概化的随采精细化边界条件建立水文地质概念模型；采空区涌水量预测步骤，基于所述水文地质概念模型预测采空区涌水量。优选的，上述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，采掘过程精细刻画步骤中，将回采工作面所在范围设置为排水边界，根据工作面设计的煤层回采速度，以固定时间为步长逐月设置，对于已经开采形成的采空区范围，其排水标高为煤层底面标高，对于尚未回采的工作面范围，则不设置排水边界。优选的，上述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，采掘过程精细刻画步骤中，基于下式计算排水边界：式中：QD为工作面采空区涌水量，即由充水含水层流入采空区的水量；CD为含水层流向采空区的水力传导系数(m2/d)；H为充水含水层水头标高；HD为采空区排水标高，即煤层底板标高。优选的，上述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，地质概念模型构建步骤具体包括：渗流方程确定子步骤，根据地质沉积相赋存形态确定含水层三维渗流方程；初始条件确定子步骤，收集研究区内各含水层初始的水头标高，绘制水位等值线图，作为数学模型中的初始水位条件；概化随采精细化边界条件、水文地质以及首采区，加密部分冒落带顶板和导水裂缝带顶板，结合工作面采掘进度安排，将模拟期以预设时间为为单位，划分为多个应力期。优选的，上述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，采空区涌水量预测步骤中，将水文地质参数分区、导水裂缝带分层以及工作面连续回采精细化表征内边界代入数值模型软件中进行涌水量计算。因此，相对于现有技术，本专利技术方法充分考虑了利用地层沉积相分布规律划分含水层水文地质参数分区，提出了基于时间、空间和水位三要素的精细化刻画多工作面连续回采过程的方法，能够解决因含水层水文地质参数划分较少考虑地层沉积规律以及缺乏多作面连续回采边界条件的概化方法所导致的多工作面采空区涌水量预测精度不高的技术问题，对矿井安全高效生产及排水系统科学合理布置具有非常重要的指导意义。附图说明并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本专利技术的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本专利技术的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。图1例示了本专利技术实施例的工作流程图；图2例示了本专利技术实施例的工作面回采地下水位变化示意图；图3例示了本专利技术实施例的工作面连续回采示意图；图4-1至图4-3例示了本专利技术实施例的充水含水层地层沉积规律研究结果示意图，其中4-1为延安组三段示意图，4-2为直罗组一段示意图，图4-3为直罗组二段示意图；图5例示了本专利技术实施例的水文地质概念模型平面示意图；图6-1至图6-3例示了本专利技术实施例的根据侏罗系地层沉积规律划分的水文地质参数分区示意图，其中图6-1直罗组二段、图6-2直罗组一段、图6-3延安组三段；图7例示了本专利技术实施例的采动作用下矿井涌水量随时间变化预测图。将参照附图描述本专利技术的实施例。具体实施方式实施例1本专利技术是一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，主要包含如下步骤：步骤1：充水含水层地层沉积规律研究；现场调查典型地层的野外露头，采集勘探取芯钻孔的岩芯样品，收集钻孔全孔测井曲线。运用沉积学原理，根据各地层标志层及其测井曲线特征，对比和划分煤层顶板典型地层；根据岩石学、古生物学及测井曲线标志，识别典型地层沉积相，确定其沉积相赋存形态。此内容为数值模拟中水文地质参数分区提供依据。同时，如果地下水为潜水时，主渗流方程则为潜水含水层微分方程；如果地下水为承压水时，主渗流方程则为承压含水层微分方程。步骤2：煤层回采“两带”发育高度计算；根据地层岩性岩石物理力学性质测试结果，确定煤层顶板岩石软硬(极软、软、中硬、硬)程度；以此为基础，采用经验公式(表1和表2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，其特征在于，包括：/n地层沉积规律研究步骤，用于依据采集勘探取样确定地质沉积相赋存形态；/n回采两带高度计算步骤，用于确定煤层开采的垮落带和导水裂缝带发育高度；/n采掘过程精细刻画步骤，用于从时间、空间和水位精细化表征多工作面连续回采过程并概化多工作面随采精细化边界条件；/n地质概念模型构建步骤，根据所述地质沉积相赋存形态和所述垮落带和导水裂缝带发育高度重新剖分出两层模型；基于概化的随采精细化边界条件建立水文地质概念模型；/n采空区涌水量预测步骤，基于所述水文地质概念模型预测采空区涌水量。/n

【技术特征摘要】
1.一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，其特征在于，包括：
地层沉积规律研究步骤，用于依据采集勘探取样确定地质沉积相赋存形态；
回采两带高度计算步骤，用于确定煤层开采的垮落带和导水裂缝带发育高度；
采掘过程精细刻画步骤，用于从时间、空间和水位精细化表征多工作面连续回采过程并概化多工作面随采精细化边界条件；
地质概念模型构建步骤，根据所述地质沉积相赋存形态和所述垮落带和导水裂缝带发育高度重新剖分出两层模型；基于概化的随采精细化边界条件建立水文地质概念模型；
采空区涌水量预测步骤，基于所述水文地质概念模型预测采空区涌水量。


2.根据权利要求1所述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，其特征在于，采掘过程精细刻画步骤中，将回采工作面所在范围设置为排水边界，根据工作面设计的煤层回采速度，以固定时间为步长逐月设置，对于已经开采形成的采空区范围，其排水标高为煤层底面标高，对于尚未回采的工作面范围，则不设置排水边界。


3.根据权利要求1所述的一种多工作面采空区涌水量随采精细化预测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘基，王皓，靳德武，赵春虎，杨建，许峰，尚宏波，周振方，乔伟，王强民，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61