[发明专利]基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法

权利要求书

1.一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，其特征在于，包括：

实际疏降条件涌水模型构建步骤，构建表征矿区已采工作面顶板水头实际疏降条件涌水过程的数学模型；

无疏降条件涌水模型求解步骤，基于采前顶板实际疏放水量和实际疏放条件工作面推采涌水量过程方程,求解矿区已采工作面顶板水头无疏降条件涌水过程数学模型；

顶板涌水过程主控因素分析步骤，挖掘工作面推采顶板涌水过程主控因素，利用多元线性回归方法建立模型参数与控制要素的数学关系；

多阶动力系统预测模型构建步骤，基于采前一次预测模型和采中二次校正模型构建工作面推采过程涌水量多阶动力系统预测模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，其特征在于，所述顶板涌水量变化模型构建步骤中，利用一阶动力系统模型分别描述顶板静态释放(Qj)过程模型和侧向动态补给(Qd)过程模型，叠加所述顶板静态释放(Qj)过程模型和侧向动态补给(Qd)过程模型以形成二阶动力系统模型，将所述二阶动力系统模型作为二阶动力系统模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，其特征在于，所述顶板涌水量变化模型构建步骤基于下式构建矿区已采工作面顶板水头实际疏降条件涌水过程数学模型：

Q_s＝W_1sexp(-k_1sx)-W_2sexp(-k_2s x)+C_s

式中，Q_s为实际疏放条件工作面推采涌水量过程方程；x代表工作面推采过程t时刻已回采工作面的走向长度与倾向宽度的比值，k_1s指实际疏放条件静态释水衰减系数(m³/h·1)，k_2s指实际疏放条件侧向动态补给增长系数(m³/h·1)，C_s代表实际疏放条件动态稳定涌水量(m³/h)，W_1s和W_2s分别代表实际疏放条件工作面采动静态释水和动态补给涌水量的初值。

4.根据权利要求1所述的一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，其特征在于，所述无疏降条件涌水模型求解步骤中，基于下列方程组求解矿区已采工作面顶板水头无疏降条件涌水过程数学模型：

式中，Q_T为顶板水头无疏放条件工作面推采涌水量过程方程；Q_S为实际疏放条件工作面推采涌水量过程方程；ΔQ为采前预疏放水量；x为工作面推采距；x_m、x_e分别为对应最大涌水量、初始稳定涌水量工作面推采距；t_e为工作面推采过程涌水量达到初始稳定的时刻。

5.根据权利要求1所述的一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，其特征在于，所述顶板涌水过程主控因素分析步骤中确定的工作面推采顶板涌水过程主控因素包括自然因素和人为因素，其中，所述自然因素包括：地质信息、充水含水层水头、水文地质参数；所述人为因素包括：采掘信息、钻孔施工参数以及导水裂缝带发育高度。

6.一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测系统，其特征在于，包括：

实际疏降条件涌水模型构建模块，构建表征矿区已采工作面顶板水头实际疏降条件涌水过程的数学模型；

无疏降条件涌水模型求解模块，基于采前顶板实际疏放水量和实际疏放条件工作面推采涌水量过程方程,求解矿区已采工作面顶板水头无疏降条件涌水过程数学模型；

顶板涌水过程主控因素分析模块，挖掘工作面推采顶板涌水过程主控因素，利用多元线性回归方法建立模型参数与控制要素的数学关系；

多阶动力系统预测模型构建模块，基于采前一次预测模型和采中二次校正模型构建工作面推采过程涌水量多阶动力系统预测模型。