[發明專利]采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法

有效

• 申請號: 202010691235.5
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111859256B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 趙春虎;王皓;尚宏波;王世東;石磊;薛建坤;周振方;郭國強
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06Q10/0631;G06Q50/02;E21F16/00;E21B43/30
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法，其特征在于包含如下步驟：

步驟一：分析工作面采煤地質與水文地質條件，確定工作面煤層覆巖結構特征；

步驟二：確定采煤工作面導水裂縫帶發育高度；

步驟三：確定工作面頂板含水層涌水來源，根據采煤工作面導水裂縫帶發育高度確定采煤工作面在不同位置采煤形成導水裂縫帶揭露的覆巖含水層；

步驟四：預測工作面回采過程中頂板含水層穩定涌水量Q_涌，根據工作面采煤地質與水文地質條件，建立工作面回采過程中煤層頂板涌水量計算模型，模型上邊界為煤層頂板，下邊界為步驟三確定的導水裂縫帶揭露的最頂部含水層的頂板，將采煤工作面寬度的1～3倍定為煤層頂板涌水量計算模型的外圍邊界，并將模擬區外圍定義無限展布的含水層，建立起采掘前地下水系統數值模型，將識別得出的導水裂隙帶范圍概化成倒梯形，分別對梯形各面進行達西流速積分，積分得出的地下水穩定涌水量，即為工作面回采過程中煤層頂板穩定涌水量Q_涌；

步驟五：確定疏水鉆孔終孔空間位置，根據采煤工作面頂板水害水源后，確定以導水裂縫帶揭露覆巖最頂部含水層空間位置為疏水鉆孔終孔空間位置；

步驟六：確定疏水鉆孔個數，在采掘前地下水系統數值模型基礎上，以采煤工作面巷道為疏水鉆孔開孔位置，根據步驟五確定的疏水鉆孔終孔空間位置，設置預疏水鉆孔，將孔壁定義為零水壓力邊界，建立起煤層頂板預疏水鉆孔涌水量計算模型，然后進行穩定流模擬分析，分別各鉆孔對疏水鉆孔孔壁進行達西流速積分，積分得出各疏水鉆孔穩定涌水量，通過調整模型中疏水鉆孔的個數，當積分得出的各疏水鉆孔穩定涌水量之和∑Q_孔基本等于步驟四預計的工作面回采過程中的頂板含水層穩定涌水量Q_涌與工作面正常排水能力Q_排之差時，即∑Q_孔＝Q_涌-Q_排，模型中設計的疏水鉆孔的個數即確定為疏水鉆孔數；

步驟七：分析井下疏水鉆孔涌水規律；采煤工作面疏水鉆孔涌水量具有明顯的衰減規律，疏水前期的鉆孔涌水量由含水層靜儲量Q_s和動態補給量Q_d組成，從鉆孔開始疏水到似穩定狀態時間，即為似穩定周期t_e；

步驟八：確定疏水鉆孔疏水周期；在工作面回采過程中，若疏水鉆孔疏水時間過短，即t＜t_e，鉆孔涌水尚未達到似穩定狀態，則對含水層地下水靜儲量疏放不足，增加了回采過程中含水層地下水靜儲量的瞬時排泄量，易形成工作面突然大量涌水，影響安全生產；當疏水時間過長，t＞t_e，鉆孔涌水已經達到似穩定狀態，該階段疏排的以動態補給為主的地下水，鉆孔疏水為過度疏放，增加了礦井的排水費用，同時極大地浪費了地下水資源，通過分析井下疏水鉆孔涌水量衰減規律，識別出疏水鉆孔疏水量似穩定周期t_e，確定為疏水鉆孔疏水量疏水周期，實現從時間上開展工作面頂板水害控制疏水防治。

2.如權利要求1所述的采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法，其特征在于：在步驟二中，采用經驗公式方法預計分析工作面采煤擾動形成導水裂縫帶發育高度，確定采煤工作面在不同位置采動導水裂縫帶發育高度。

3.如權利要求2所述的采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法，其特征在于：利用表1確定導水裂隙帶高度：

表1

其中：∑M為累計采厚，公式應用范圍為單層采厚1～3m、累計采厚不超過15m。

4.如權利要求1所述的采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法，其特征在于：步驟三中被導水裂隙揭露的含水層和含水層由在接觸帶與大氣聯通，孔隙水壓力p為大氣壓，將識別得出的導水裂隙帶范圍化成倒梯形，并定義梯形各面為零水壓邊界，通過輸入各含水層水文地質參數和含水層水位和水壓，建立起工作面回采過程中煤層頂板涌水量計算模型，并進行穩定流模擬分析，分別對梯形各面進行達西流速積分，積分得出來自含水層和水層的地下水穩定涌水量，即為工作面回采過程中煤層頂板穩定涌水量Q_涌。

5.如權利要求1所述的采煤工作面頂板水害時空控制疏水防治方法，其特征在于：在步驟五中，疏水鉆孔疏水量似穩定周期，每小時鉆孔涌水變化量≤3％時，確定為鉆孔涌水量達到穩定狀態。