富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术提供了富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备，以往解析法计算主要依靠勘探阶段所获得的水文地质参数，在煤层采动影响后，地下水实际水文地质条件已发生变化，沿用勘探期间的水文地质参数导致计算结果与实际有较大差别，本发明专利技术计算方式以已回采工作面实际观测数据为依据，更接近矿井涌水实际，计算结果可靠性更高。可将工作面分成区段，按照回采进度分段预测，提高了预测精度，对工作面回采防治水工作指导性更强。已回采工作面的涌水量数据一般较齐全，计算所需水文地质参数较少，减少了数据获取的难度。根据工作面充水特点，充分考虑了含水层过流断面的影响，提高了预测准确性。高了预测准确性。高了预测准确性。

【技术实现步骤摘要】
富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及工作面涌水量预测
，具体为一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]随着东部区煤炭资源的逐渐枯竭，煤炭资源的开发利用逐步向西部转移，西部深部煤矿工作面高强度回采过程中，面临工作面顶板大量涌水的威胁。为了消除井下大量涌水对生产工作的干扰及可能产生的水害威胁，需要提前预测工作面回采过程中的涌水量，然后依据预测的涌水量设计、建设工作面排水系统。以往采用的“大井法”、“廊道法”等数学解析算法，由于水文地质计算参数相对较少，整个矿井只有几个水文地质钻孔，在工作面范围内，水文地质参数获取困难，预测的涌水量与实际相差较大，一般只能预测整个工作面回采完成的总涌水量，且数学解析法大部分是以矿井为预测范围，预测精度往往有限，难以根据工作面回采进度分段计算，从而指导工作面排水系统逐步优化。采用GMS和Visual MODFLOW等数值模拟方法，可以在一定程度上提高涌水量预测精度，但这些软件专业性较强、所需水文地质参数种类多数量大、操作难度较大，普通生产作业人员难以熟练运用，在生产实际中应用有限。“单宽流量法”、“吨煤系数法”等比拟算法，对含水层空间形态及工作面充水方式考虑不足，计算结果与实际生产也有较大差距。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中工作面涌水量预测存在的问题，本专利技术提供一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备，根据含水层空间形态和工作面充水特点，总结以往生产中积累的涌水量数据，选取对工作面涌水量影响较大的典型水文地质参数，构建基于以往工作面涌水量历史数据的工作面涌水量过水断面面积和渗透系数的比拟计算法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，获取含水层水文地质参数；
[0007]步骤2，根据所获取的含水层水文地质参数统计待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数；
[0008]步骤3，根据已知待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数分段统计工作面水文地质参数；
[0009]步骤4，根据数分段统计的工作面水文地质参数分段计算工作面涌水量。
[0010]优选的，步骤1中，获取含水层水文地质参数的步骤如下：
[0011]根据待采工作面在矿井中的位置，确定工作面回采时的直接充水含水层，根据所确定的工作面回采时的直接充水含水层在全矿井试验成果中确定抽水试验最大影响半径R，通过抽水试验最大影响半径R统计待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数。
[0012]进一步的，根据抽水试验最大影响半径R确定待采工作面和已回采工作面附近抽水试验最大影响半径R范围内钻孔的抽水试验参数；根据抽水试验参数分别计算待采工作面和已回采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值。
[0013]更进一步的，待采工作面的抽水试验参数包括渗透系数K和含水层厚度M；所述已回采工作面的抽水试验参数包括渗透系数K0和含水层厚度M0。
[0014]更进一步的，待采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值计算公式如下：
[0015]待采工作面含水层厚度的平均值计算公式：
[0016][0017]待采工作面渗透系数K的平均值计算公式：
[0018][0019]已回采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值计算公式如下：
[0020]已回采工作面含水层厚度的平均值计算公式：
[0021][0022]已回采工作面渗透系数K的平均值计算公式：
[0023][0024]其中，M1+M2+M3+
……
M
n
为待采工作面各个钻孔直接含水层厚度值；K1+K2+K3+
……
K
n
为待采工作面各个钻孔渗透系数值；M
01
+M
02
+M
03
+
……
M
0n
为已回采工作面各个钻孔直接含水层厚度值；K
01
+K
02
+K
03
+
……
K
0n
为已回采工作面各个钻孔渗透系数值。
[0025]优选的，步骤3中，对待采工作面按照回采进尺规划进行分段，并按照待采工作面回采进尺分段情况，统计已回采工作面对应进尺处涌水量数据，并按照工作面进尺分段，计算对应进尺处工作面周长。
[0026]进一步的，对应进尺处工作面周长的计算公式如下：
[0027]待采工作面周长C＝2*(待采工作面宽+待采工作面进尺长度)；
[0028]已回采工作面周长C0＝2*(已回采工作面宽+已回采工作面进尺长度)。
[0029]优选的，步骤4中，根据数分段统计的工作面水文地质参数分段计算工作面涌水量的计算公式如下：
[0030][0031]其中，Q为待采工作面涌水量，m3/h；Q0为已回采工作面涌水量，m3/h；为待采工作面附近区域含水层渗透系数平均值，m/d；为已回采工作面附近区域含水层渗透系数平均值，m/d；C为待采工作面周长，m；C0为已回采工作面周长，m；为待采工作面附近区域含水层厚度平均值，m；为已回采工作面附近区域含水层厚度平均值，m。
[0032]一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计系统，包括
[0033]获取模块，用于获取含水层水文地质参数；
[0034]第一统计模块；用于根据所获取的含水层水文地质参数统计待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数；
[0035]第二统计模块，用于根据已知待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参
数分段统计工作面水文地质参数；
[0036]计算模块，用于根据数分段统计的工作面水文地质参数分段计算工作面涌水量。
[0037]一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法的步骤。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0039]本专利技术提供了一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，以往解析法计算主要依靠勘探阶段所获得的水文地质参数，在煤层采动影响后，地下水实际水文地质条件已发生变化，沿用勘探期间的水文地质参数导致计算结果与实际有较大差别，本专利技术计算方式以已回采工作面实际观测数据为依据，更接近矿井涌水实际，计算结果可靠性更高。可将工作面分成区段，按照回采进度分段预测，提高了预测精度，对工作面回采防治水工作指导性更强。
[0040]进一步的，已回采工作面的涌水量数据一般较齐全，计算所需水文地质参数较少，减少了数据获取的难度。
[0041]进一步的，根据工作面充水特点，充分考虑了含水层过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取含水层水文地质参数；步骤2，根据所获取的含水层水文地质参数统计待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数；步骤3，根据已知待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数分段统计工作面水文地质参数；步骤4，根据数分段统计的工作面水文地质参数分段计算工作面涌水量。2.根据权利要求1所述的一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，其特征在于，步骤1中，获取含水层水文地质参数的步骤如下：根据待采工作面在矿井中的位置，确定工作面回采时的直接充水含水层，根据所确定的工作面回采时的直接充水含水层在全矿井试验成果中确定抽水试验最大影响半径R，通过抽水试验最大影响半径R统计待采工作面和已回采工作面的涌水量及水文地质参数。3.根据权利要求2所述的一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，其特征在于，根据抽水试验最大影响半径R确定待采工作面和已回采工作面附近抽水试验最大影响半径R范围内钻孔的抽水试验参数；根据抽水试验参数分别计算待采工作面和已回采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值。4.根据权利要求3所述的一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，其特征在于，所述待采工作面的抽水试验参数包括渗透系数K和含水层厚度M；所述已回采工作面的抽水试验参数包括渗透系数K0和含水层厚度M0。5.根据权利要求3所述的一种富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法，其特征在于，待采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值计算公式如下：待采工作面含水层厚度的平均值计算公式：待采工作面渗透系数K的平均值计算公式：已回采工作面含水层厚度和渗透系数的算术平均值计算公式如下：已回采工作面含水层厚度的平均值计算公式：已回采工作面渗透系数K的平均值计算公式：其中，M1+M2+M3+
……
M
n
为待采工作面各个钻孔直接含水层厚度值；K1+K2+K3+
……
K
n
为待采工作面各个钻孔渗透系数值；M
01
+M
02
+M
03
+
……
...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鑫，丁湘，蒲治国，张坤，贺晓浪，冯洁，纪卓辰，李哲，段东伟，黄海鱼，刘溪，谢朋，刘凯祥，李兆扬，庞龙，张齐，王禹迪，侯予宁，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：