一种煤层底板含水层保水采煤分类方法

本发明涉及水文地质领域与采矿工程，尤其涉及一种煤层底板含水层保水采煤分类方法。

背景技术：

1、我国华北和华南地区煤层下伏有大量的底板承压含水层，这类底板含水层排泄形成了珍贵的水资源，是矿区生态、生活及生产主要水源，在煤炭开采的过程中必须加以保护。

2、煤炭开采之前需要对采煤对底板水资源的影响进行评估分类，传统的分类方法主要包括底板突水系数法、数值模拟法等，存在以下问题：

3、(1)突水系数仅对采煤突水是否发生评价，无法评价对区域水源的影响，即评价不全面。

4、(2)传统评价方法以定性为主，评价结果指导性不大。

5、(3)传统评价方法基于采煤工作面大型抽水井预测，对含水层影响预测不准确。

6、(4)传统评价需要大区域的水文工程资料开展大区域的数值模拟，技术实施复杂。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种煤层底板含水层保水采煤分类方法。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明的目的在于，提供一种煤层底板含水层保水采煤分类方法，包括以下步骤：

4、s1、在采煤工作面对底板含水层实施探查钻孔，测定计划保护含水层的水文参数和排泄参数，其中，所述水文参数包括地下水渗透系数k、采煤前水位y，所述排泄参数包括总排泄流量p、排泄点加权平均标高y1及排泄点与采煤工作面的最近直线距离x；

5、s2、计算采煤工作面的预测底板涌水量值q2，其中，q2＝q-q1，q为预测总涌水量，q1为预测顶板涌水量；

6、s3、依据采煤工作面的长度a和宽度b，将工作面划分为n个b*b正方形单元，其中n为a/b进一位取整，采用水文数值模拟方法模拟计算得出距离与采煤工作面的最近直线距离x的排泄点最近的单元的水位降深s；

7、s4、预测采煤工作面的采动后水位y2及采煤排泄点衰减涌水量q，其中，

8、y2＝y-s

9、

10、其中，m为底板含水层的厚度，即计划保护含水层总厚度；

11、s5、根据采动后水位y2与排泄点加权平均标高y1的比较结果，或再结合采煤排泄点衰减涌水量q与总排泄流量p的比较结果，划分底板含水层保水采煤类型。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤s1中，所述探查钻孔的钻孔深度满足，计划保护含水层的揭露厚度达到计划保护含水层总厚度m的20％以上。

13、在本发明的一种实施方式中，步骤s1中，所述总排泄流量p指各排泄点的排泄流量的总和，所述排泄点加权平均标高y1根据排泄点流量的加权数计算得出，公式如下：

14、y1＝(y11×p1+y12×p2...+y1n×pn)÷(p1+p2...+pn)

15、公式中，第k个排泄点的流量为pk，其标高为y1k，共有n个排泄点，k＝1,2...n。

16、在本发明的一种实施方式中，步骤s2中，所述总涌水量值q采用以下公式计算：

17、

18、其中，w为已开采的水文地质条件相似采煤工作面的总涌水量，cq为采煤工作面的预测煤炭产量，cw为水文地质条件相似的采煤工作面的煤炭产量；

19、所述预测顶板涌水量q1采用大井法计算获得。

20、进一步的，在本发明的一种实施方式中，所述水文地质条件相似包括采煤工作面充水含水层富水性系数和含水层厚度在同一个数量级。

21、在本发明的一种实施方式中，步骤s3中，所述工作面划分的方法包括沿采煤工作面的长度方向将工作面划分为n个b*b正方形单元。

22、在本发明的一种实施方式中，步骤s3中，所述水文数值模拟方法包括：将划分的每个单元等效为与正方形单位同中心的抽水井，抽水井的半径r＝0.71b。抽水井的直径为正方形斜角线的一半，满足以圆形的井全覆盖正方形，故取系数为0.71。

23、在本发明的一种实施方式中，步骤s3中，抽水井的稳定抽水量为q2/n，抽水井类型为计划保护含水层的完整井。

24、在本发明的一种实施方式中，步骤s4中，所述底板含水层厚度m通过钻孔柱状图获得。

25、在本发明的一种实施方式中，步骤s5中，所述划分底板含水层保水采煤类型具体包括：

26、当y2≤y1时，为底板保水采煤ⅰ型；

27、当y2＞y1，且q＞ep时，为底板保水采煤ⅱ型；

28、当y2＞y1，且q≤ep时，为底板保水采煤ⅲ型，

29、其中e＝0.1～0.3。

30、进一步的，在本发明的一种实施方式中，e＝0.2。e代表一个河流流量可以衰减的范围，通常取e＝0.1～0.3，一些示例中，取e＝0.2。

31、进一步的，在本发明的一种实施方式中，根据所述底板含水层保水采煤类型进行对应的调整具体包括：

32、(ⅰ)若为底板保水采煤ⅰ型，需要对底板隔水层进行注浆改造，注浆改造后重新进行评估，直至达到ⅱ型和ⅲ型为止，否则持续增加底板隔水层的改造厚度；

33、(ⅱ)若为底板保水采煤ⅱ型，工作面不得进行采煤工作面底板含水层人工疏放，并将采煤工作面涌出水净化后排放到原排泄点；

34、(ⅲ)若为底板保水采煤ⅲ型，采煤工作面可正常采煤，不需要采取额外措施。

35、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

36、1)简单易实施，不需要大量的水文常观工程；

37、2)评价更全面，兼顾了涌水量和区域水位波动；

38、3)成本更少，减少了大型工程；

39、4)评价结果更准确，采用群井抽水等效采煤工作面扰动；

40、5)实施的周期更短，不需要长期的水位观测。

技术特征：

1.一种煤层底板含水层保水采煤分类方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述探查钻孔的钻孔深度满足，计划保护含水层的揭露厚度达到计划保护含水层总厚度m的20％以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述总排泄流量p指各排泄点的排泄流量的总和，所述排泄点加权平均标高y1根据排泄点流量的加权数计算得出，公式如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述总涌水量值q采用以下公式计算：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水文地质条件相似包括采煤工作面充水含水层富水性系数和含水层厚度在同一个数量级。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述工作面划分的方法包括沿采煤工作面的长度方向将工作面划分为n个b*b正方形单元。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述水文数值模拟方法包括：将划分的每个单元等效为与正方形单位同中心的抽水井，抽水井的半径r＝0.71b，抽水井的稳定抽水量为q2/n，抽水井类型为计划保护含水层的完整井。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述底板含水层厚度m通过钻孔柱状图获得。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s5中，所述划分底板含水层保水采煤类型具体包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述底板含水层保水采煤类型进行对应的调整，具体包括：

技术总结本发明公开了一种煤层底板含水层保水采煤分类方法，包括：S1、在采煤工作面对底板含水层实施探查钻孔，测定计划保护含水层的水文参数和排泄参数；S2、预测采煤工作面的底板涌水量值Q<subgt;2</subgt;；S3、预测采煤工作面的长度A和宽度B，将工作面划分为N个单元，其中N为A/B进一位取整，采用水文数值模拟方法模拟计算得出距离排泄点最近的单元的水位降深S；S4、预测采煤工作面的采动后水位Y<subgt;2</subgt;及采煤排泄点衰减涌水量q，S5、根据采动后水位Y<subgt;2</subgt;与排泄点加权平均标高Y<subgt;1</subgt;的比较结果，或再结合采煤排泄点衰减涌水量q与总排泄流量P的比较结果，划分底板含水层保水采煤类型。本发明评价方法简单易实施，不需大量水文常观工程，且兼顾涌水量和区域水位波动，评价更全面。技术研发人员：范立民,李涛,马立强,蒋泽泉,冀瑞君,高颖,华照来,秦天天,赵瑞受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23