[发明专利]煤层顶板涌(突)水条件定量评价预测的三图双预测法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种煤矿山煤层顶板涌突水条件的定量评价预测方法，尤其是一种煤层顶板涌突水评价预测的三图-双预测新型实用方法。

背景技术

煤层顶板水害问题是困扰中国煤矿安全生产和煤炭工业可持续发展的主要水患之一，特别是随着矿山开采深度逐渐加大和下组煤回采，顶板冒裂沟通上覆含水体而导致顶板涌突水灾害发生或恶化工作面生产环境的实例日益增多，例如开滦集团目前近一半的生产矿井遭受顶板水害的严重威胁。以荆各庄矿为例，该矿自1979年正式投产以来，共发生了3次大的突水事故，均为煤₉顶板突水，突水水源是煤₉上覆的煤₅顶板砂岩裂隙含水层，其最大突水量高达44m³/min，造成工作面整体被淹，生产被迫终止。

因此，如何解决煤层顶板涌突水条件定量评价预测问题，对扭转目前煤炭安全生产的被动局面具有极其重要的理论指导意义和实用价值。

发明内容

本发明目的之一在于，满足中国煤炭工业可持续发展的需求，提供一种从对煤层顶板涌突水条件的定性综合分析，到涌突水危险区定量圈定的定量评价预测方法。

本发明进一步的目的在于，满足中国煤炭工业可持续发展的需求，提供一种从对煤层顶板涌突水条件的定性综合分析，到动态模拟预测在不采取任何人为工程措施和采取人为干扰措施两种前提下的煤层回采工作面顶板工程涌突水量和渗流场分布的定量模拟预测评价方法。

为了实现上述目的，经过长期的研究和实践，本发明采用了以下技术方案：煤层顶板涌突水条件定量评价预测的三图双预测法，包括以下步骤：

1.在矿井水文地质条件的系统综合分析基础上，确定与煤层顶板突水关系密切的直接充水含水层和间接充水含水层；

2.根据多源地学信息复合原理，依据直接和间接充水含水层岩性岩相变化、构造场、水化学场、抽水试验场、突水事件渗流场和钻孔冲洗液消耗量变化等6方面信息和探测数据，建立各自子专题层图，然后应用非线性(如人工神经网络等)或线性数学方法(如层次分析法等)，确定控制富水性的各主控因素的“权重”系数，建立含水层富水性的评价模型，复合叠加，计算煤层顶板直接和间接充水含水层的富水性指数，在此研究基础上，编制出顶板直接和间接充水含水层的富水性量化分区图；

3.根据地面和井下的冒裂发育带实际监测数据，应用数值仿真模拟技术和经验、半经验等公式，评价不同开采方法和工艺条件下煤层回采的顶板冒裂带发育高度，根据与煤层至充水含水层之间的顶板覆岩厚度相比较，确定各点回采的冒裂安全程度，在此研究基础上，编制出煤层开采顶板冒裂安全性分区图；

4.应用地理信息系统技术，复合叠加上述两个分区所有地学信息，提出煤层开采顶板涌突水条件综合分区方案，编制出煤层开采顶板涌突水条件综合分区图；

5.应用现代数值模拟技术，动态模拟预测在不采取任何人为工程措施前提下的煤层回采工作面顶板工程涌突水量和渗流场分布；

6.应用现代数值模拟技术，动态模拟预测在采取人为干扰措施前提下的煤层回采工作面顶板工程涌突水量和超前预处理渗流场分布。

由于采用了上述的“三图双预测法”技术方案，本发明具有的有益效果是：

1.“三图双预测法”从煤层顶板涌突水条件的定性综合分析，到涌突水危险区圈定和超前预处理水量、渗流场分布的定量模拟预测，形成了一整套系统的研究思路和工作方法；

2.运用多源地学信息复合叠加原理，根据多个水文地质物理场的不同特征，相互对比验证，互相弥补不足，通过建立各自子专题层图，然后应用非线性或线性数学方法，确定控制富水性的各主控因素的“权重”系数，建立含水层富水性的评价模型，计算煤层顶板直接和间接充水含水层的富水性指数，在此研究基础上，编制出顶板直接和间接充水含水层的富水性量化分区图，对充水含水层的富水性进行了系统综合分析和定量评价；

3.对预测精度要求较高的回采工作面的整体和分段工程涌水量和渗流场分布的动态预测具有一定优势。

附图说明

附图1，本发明煤层顶板涌突水条件定量评价预测的三图双预测法工作流程图。

具体实施例

下面结合附图对本发明作详细描述。

本发明一种煤层顶板涌突水条件定量评价预测的三图双预测法的具体实施技术方案包括以下步骤：

1.根据对矿井水文地质条件的系统综合分析，确定与煤层顶板突水关系密切的主要充水含水层，包括直接充水含水层和间接充水含水层；

2.编制煤层顶板直接和间接充水含水层的富水性分区图：