[发明专利]基于渗透系数随分层开采动态变化的矿井涌水量预测方法有效

专利信息
申请号: 201810676386.6 申请日: 2018-06-27
公开(公告)号: CN108915667B 公开(公告)日: 2019-09-24
发明(设计)人: 董书宁;王皓;罗安昆;柴蕊;徐斌;周麟晟;郭小铭 申请(专利权)人: 中煤科工集团西安研究院有限公司
主分类号: E21B47/00 分类号: E21B47/00;E21F16/00;E21F17/18;G06Q50/02
代理公司: 北京天奇智新知识产权代理有限公司 11340 代理人: 李振文
地址: 710077 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 渗透系数 矿井涌水量 分层开采 预测 动态变化 涌水量 矿井采掘工程 时间分布特征 动态调整 动态预测 矿井开采 煤层开采 模拟模型 含水层 活动相 数值模 采动 覆岩 采掘 匹配 地下水 研究
【说明书】:

发明涉及一种矿井涌水量预测方法,属于矿井开采领域,具体是涉及一种基于渗透系数随分层开采动态变化的矿井涌水量预测方法。本发明针对分层开采条件,将矿井采掘工程的空间与时间分布特征有机地结合起来,考虑到采动引起的覆岩破坏对上覆含水层渗透系数的影响,实现了研究区内渗透系数与实际采掘活动相匹配的动态调整;本发明建立了渗透系数与地下水数值模的关系,能实时将调整后的参数导入模拟模型,实现随煤层开采的涌水量动态预测,提高了涌水量的预测精度。

技术领域

本发明涉及一种矿井涌水量预测方法,属于矿井开采领域,具体是涉及一种基于渗透系数随分层开采动态变化的矿井涌水量预测方法。

背景技术

矿井排水系统的设计需要参考矿井涌水量的预测结果,因此涌水量的预测技术是矿井水害防治的关键技术之一。目前部分煤矿可采煤层厚度较厚,无法一次采全高,需采用分层开采的方法,该采煤方法对煤层上覆含水层产生多次扰动影响,导致在勘探阶段预测的矿井涌水量普遍与矿井实际揭露的涌水量相差较大,同时实际涌水量也随不同分层间开采及各分层不同工作面推进而波动较大。

现阶段常用的矿井涌水量预计方法有水均衡法、解析法、数值法、水文地质比拟法、涌水量降深曲线方程法、相关分析法、时间序列分析等。对于现有的方法,如果渗透系数不可靠,水文地质条件没有查清,或因水文地质情况复杂而导致条件概化不准确,都有可能直接导致计算结果出现大的误差。同时这些方法也无法考虑分层开采条件下影响矿井充水因素的动态变化。

发明内容

本发明主要是解决现有矿井涌水量预计中所存在的上述技术问题,提供一种基于渗透系数随分层开采动态变化的矿井涌水量预测方法,该方法充分考虑分层开采条件下,渗透系数随采掘活动发生的变化,能有效解决由于渗透系数取值不当引起的矿井涌水量预测值与实际值相差较大的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:

一种基于渗透系数随分层开采动态变化的矿井涌水量预测方法,包括:

原始系统确定步骤,确定开采前煤层顶板含水层的原始渗透系数;

带内系数确定步骤,在开采过程中确定开采所产生的导水裂缝带发育高度及范围,测定回采后产生的导水裂缝带内部渗透系数;

动态模型确定步骤,结合导水裂缝带发育范围以及渗透系数变化情况,绘制渗透系数动态变化的平、剖面图,建立渗透系数的动态变化地层模型;

涌水模型预测步骤,将分层及工作面依次回采引起的渗透系数的动态变化地层模型应用到经过剖分和赋值后的三维地层数值模型中以推算出工作面推进后的涌水量。

所述原始系统确定步骤中,通过对研究区内水文地质试验所得结果进行分析并结合岩性、含水层厚度、构造以及地层沉积情况,确定开采前煤层顶板含水层的原始渗透系数。

所述带内系数确定步骤中,结合开采实际情况,通过数值模拟、相似模拟实验或现场实测以确定每一分层、每一工作面内开采所产生的导水裂缝带发育高度及范围。

所述带内系数确定步骤中,每一分层每一工作面回采结束后均进行导水裂缝带内部的压水试验,以获取水压、流量数据,并基于下式计算回采后产生的导水裂缝带内部的渗透系数:

K=0.527ωlog(0.66L/r)

ω=Q/LP

式中K为渗透系数,m/d;ω为单位吸水率,L/(min×m2);Q为钻孔压水流量,L/min;P为试验段水压,N/cm3;L为试验段长度,m;r为钻孔半径,m。

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