專利名稱：一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤田煤炭工業(yè)煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，尤其是一種針對 華北型煤田的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法。
背景技術(shù)：
煤層底板突水問題一直是困擾華北型煤田煤炭工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的主要水患，其頂板水 問題可用留設(shè)有效防水煤柱措施加以解決。但是，隨著礦山開采深度逐漸加大和下組煤開采， 頂板冒落溝通上覆含水層而導(dǎo)致頂板涌(突)水災(zāi)害發(fā)生或惡化工作面生產(chǎn)環(huán)境的實例日益增 多，例如開灤礦務(wù)局目前近一半的生產(chǎn)礦井遭受頂板水害的嚴(yán)重烕脅。以荊各莊礦為例，該礦 自1979年正式投產(chǎn)以來,共發(fā)生了 3次大的突水事故，均為煤g頂板突水，突水水源是煤9上覆 的煤5頂板砂巖裂隙含水層，其最大突水量高達(dá)44 mVmin，造成工作面整體被淹,生產(chǎn)被迫終 止。因此，如何解決煤層頂板涌(突)水條件定量評價問題，對扭轉(zhuǎn)目前煤炭生產(chǎn)的被動局 面具有極其重要的理論指導(dǎo)意義和實用價值。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的之一在于，滿足華北型煤田煤炭工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的需求，提供一種從對煤 層頂板涌(突)水條件的定性綜合分析，到回采工作面工程涌(突)水量的定量模擬預(yù)測評價 方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于，滿足華北型煤田煤炭工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的需求，提供一種從 對煤層頂板涌(突)水條件的定性綜合分析，到回采前預(yù)先疏放量的定量模擬預(yù)測評價方法。為了實現(xiàn)上述目的，經(jīng)過長期的研究和實踐，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案 一種煤田煤 炭工業(yè)煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，包括以下步驟1. 在礦井水文地質(zhì)條件的系統(tǒng)綜合分析基礎(chǔ)上，找出與煤層頂板突水關(guān)系密切的直接充 水含水層和間接充水含水層；2. 在煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)研究基礎(chǔ)上繪制出頂板直接充水含水層的富 水性分區(qū)圖；3. 在煤層開釆頂板冒落安全性分區(qū)研究基礎(chǔ)上繪制出煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)圖；4. 復(fù)合疊加上述兩個分區(qū)所有地學(xué)信息，提出煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)方案， 繪制出煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖；5. 煤層回采工作面頂板工程涌(突)水量動態(tài)預(yù)測；6. 煤層頂板直接充水含水層采前預(yù)疏放滲流場預(yù)測。由于采用了上述的"三圖-雙預(yù)測法"技術(shù)方案，本發(fā)明具有的有益效果是1. "三圖-雙預(yù)測法"從對煤層頂板涌(突)水條件的定性綜合分析，到回采工作面工程 涌(突)水量和采前預(yù)疏放量的定量模擬預(yù)測，形成了一整套系統(tǒng)的研究思路和研究方法；2. 運用多源地學(xué)信息復(fù)合疊加原理，根據(jù)多個水文地質(zhì)物理場的不同特征，相互對比驗 證，互相彌補不足，對充水含水層的富水性進(jìn)行了系統(tǒng)綜合分析；3. 對預(yù)測精度要求較高的回采工作面的整體和分段工程涌水量的動態(tài)預(yù)測具有一定優(yōu)勢。


附圖l，本發(fā)明一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法工作流程圖。本發(fā)明一種煤田煤炭工業(yè)煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法的具體實施技術(shù)方案包 括以下步驟-1. 根據(jù)對礦井水文地質(zhì)條件的系統(tǒng)綜合分析,找出與煤層頂板突水關(guān)系密切的主要充水 含水層，分析確定煤層頂板直接充水含水層。2. 繪制煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)圖煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)圖是在煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)研究基石出上形成的o所述的煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)研究，包括對該煤層充水含水層的巖性巖相變化、構(gòu)造場、水化學(xué)場、抽水試驗場、突水事件滲流場和鉆孔沖洗液消耗量變化等6個方 面地學(xué)信息的綜合分析硏究，復(fù)合疊加，提出煤層頂板砂巖含水層富水性分區(qū)的劃分方案。所述的煤層頂板砂巖含水層富水性分區(qū)的劃分方案按照富水性由強到弱依次劃分為A,B， C， D， E…等區(qū)。3. 繪制煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)圖-煤層開釆頂板冒落安全性分區(qū)圖是在煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)研究基礎(chǔ)上形成的。 所述的煤層開釆頂板冒落安全性分區(qū)研究包括覆巖段巖性巖相分析和導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計 算。覆巖段厚度減去導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，即冒落安全區(qū)與非安全區(qū)的界限；除采厚外，綜 合考慮開采方法、覆巖段巖性巖相變化及地質(zhì)構(gòu)造等控制因素確定煤層頂板冒落安全性分區(qū) 方案。所述的煤層頂板冒落安全性分區(qū)方案由最安全(導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度小于覆巖段厚度) 到最危險(導(dǎo)水裂隙帶高度遠(yuǎn)大于覆巖厚度)按照突水危險性由小到大依次劃分為A， B， C， D， E…等區(qū)。4. 繪制煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖由上述的煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū) 圖和煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)圖復(fù)合疊加形成。因為開采深部煤層導(dǎo)致頂板涌(突)水災(zāi) 害發(fā)生，其充分必要條件是煤層回釆形成的導(dǎo)水裂隙帶溝通了上覆充水含水層，且直接充水 含水層在回采工作面對應(yīng)位置的富水性較強，因此，復(fù)核疊加上述的富水性和冒落安全性兩 個分區(qū)所有地學(xué)信息，提出煤層開采頂板涌(突)水條件的綜合分區(qū)劃分方案。所述的煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)劃分方案由上覆充水含水層的富水性較差、 突水危險性小的A區(qū)與上覆充水含水層的富水性較好、且在該區(qū)范圍內(nèi)，大部分區(qū)域?qū)严?帶發(fā)育高度均大于覆巖段厚度、突水危險性較大的B區(qū)組成。所述的突水危險性小的A區(qū)按照突水危險性由小到大依次進(jìn)一步細(xì)分為A-1， A-2…等子區(qū)。所述的突水危險性大的B區(qū)按照突水危險性由小到大依次進(jìn)一步細(xì)分為B-1， B-2…等子區(qū)。5. 煤層回釆工作面頂板工程涌(突)水量動態(tài)預(yù)測根據(jù)煤層頂板涌(突)水量預(yù)測的水文地質(zhì)概念模型，應(yīng)用Visual Modflow專業(yè)軟件系 統(tǒng)建立三維數(shù)值模擬模型，應(yīng)用Visual Modflow的Zone Budget功能，根據(jù)相鄰工作面周期 來壓規(guī)律，對即將回采的工作面的工程涌水量進(jìn)行隨工作面不斷向前推進(jìn)(以周期來壓步距 為單位)的動態(tài)預(yù)測。6. 煤層頂板直接充水含水層采前預(yù)疏放滲流場預(yù)測 對煤層頂板直接充水含水層進(jìn)行回采前預(yù)先疏放的預(yù)測計算。
權(quán)利要求
1.一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于技術(shù)方案包括以下步驟(1)在礦井水文地質(zhì)條件的系統(tǒng)綜合分析基礎(chǔ)上，找出與煤層頂板突水關(guān)系密切的直接充水含水層和間接充水含水層；(2)在煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)研究基礎(chǔ)上繪制出頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)圖；(3)在煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)研究基礎(chǔ)上繪制出煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)圖；(4)復(fù)合疊加上述兩個分區(qū)所有地學(xué)信息，提出煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)方案，繪制出煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖；(5)煤層回采工作面頂板工程涌(突)水量動態(tài)預(yù)測；(6)煤層頂板直接充水含水層采前預(yù)疏放滲流場預(yù)測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的煤層頂板直接充水含水層的富水性分區(qū)研究，包括對該煤層充水含水層的巖性巖相變化、 構(gòu)造場、水化學(xué)場、抽水試驗場、突水事件滲流場和鉆孔沖洗液消耗量變化等6個方面地學(xué)信 息的綜合分析研究，復(fù)合疊加，提出煤層頂板砂巖含水層富水性分區(qū)的劃分方案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的煤層頂板砂巖含水層富水性分區(qū)的劃分方案按照富水性由強到弱依次劃分為A， B， C， D， E…等區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所述的煤層開采頂板冒落安全性分區(qū)研究包括覆巖段巖性巖相分析和導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計算。覆巖段厚度減去導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，即冒落安全區(qū)與非安全區(qū)的界限；除采厚外，綜 合考慮開采方法、覆巖段巖性巖相變化及地質(zhì)構(gòu)造等控制因素確定煤層頂板冒落安全性分區(qū)方案。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的煤層頂板冒落安全性分區(qū)方案由最安全(導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度小于覆巖段厚度)到最危 險(導(dǎo)水裂隙帶高度遠(yuǎn)大于覆巖厚度)按照突水危險性由小到大依次劃分為A， B， C， D， E… 等區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的煤層開采頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)劃分方案由上覆充水含水層的富水性較差、突水危 險性小的A區(qū)與上覆充水含水層的富水性較好、且在該區(qū)范圍內(nèi)，大部分區(qū)域?qū)严稁Оl(fā)育 高度均大于覆巖段厚度、突水危險性較大的B區(qū)組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的突水危險性小的A區(qū)按照突水危險性由小到大依次進(jìn)一步細(xì)分為A-1， A-2…等子區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法，其特征在于所 述的突水危險性大的B區(qū)按照突水危險性由小到大依次進(jìn)一步細(xì)分為B-1， B-2…等子區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤田煤炭工業(yè)煤層頂板涌(突)水條件的定量評價方法。在礦井水文地質(zhì)條件的系統(tǒng)綜合分析基礎(chǔ)上，找出與煤層頂板突水關(guān)系密切的直接和間接充水含水層，繪制富水性分區(qū)圖和冒落安全性分區(qū)圖，復(fù)合疊加上述兩個分區(qū)所有地學(xué)信息，繪制涌(突)水條件綜合分區(qū)圖；運用Visual Modflow專業(yè)軟件對將回采的工作面的工程涌水量和頂板直接充水含水層的采前預(yù)疏放方案進(jìn)行動態(tài)預(yù)測?！叭龍D-雙預(yù)測法”從涌(突)水條件的定性綜合分析，到涌(突)水量和采前預(yù)疏放量的定量模擬預(yù)測，形成了一整套系統(tǒng)的研究思路和研究方法；對預(yù)測精度要求較高的回采工作面的整體和分段工程涌水量的動態(tài)預(yù)測具有一定優(yōu)勢。
文檔編號E21C41/00GK101660411SQ20091001498
公開日2010年3月3日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者強 武 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)