煤矿顶板疏放水中倾斜钻孔定降深的井流计算

Roof aquifer dewatering are important to ensure safety in coal mines. Inclined borehole is the most commonly used method in roof aquifer dewatering, but previous study’s theoretical calculation were based on vertical borehole, the theoretical calculation can not produce a good guide practice. The result would caused unnecessary waste of water resources, and even threaten safety in coal mines. Based on the theory of point source space, the calculation method of the fixed-drop well flow caused by inclined borehole in infinite horizon confined aquifer will be derived. Combining multiple coal mine drainage test data using groundwater numerical simulation technology, well flow curve shape under different conditions will be a comprehensive study. Inclined boreholes drilled with the flow of construction parameters, hydrogeological parameters of aquifers, water drainage time variation will be quantitatively reveal. Optimal placement of hydrophobic drilling, effectively predict Drainage water, control water drainage time will be realized. The research results will also provide evidence for drill coal mine water drainage relevant norms, standards.

顶板疏放水是保障煤矿安全生产的重要措施，施工倾斜钻孔是顶板疏放水最常采用的手段，然而以往的研究多是基于垂直钻孔的理论计算，从而导致理论计算无法很好的指导生产实践，造成不必要的水资源浪费，甚至威胁煤矿安全生产。本项目拟结合煤矿生产实践，以倾斜钻孔定降深井流为研究对象，以源汇理论为指导，考虑煤层顶板含水层各向异性，开展倾斜钻孔定降深井流解析计算，结合多个煤矿井下放水试验数据，采用地下水数值模拟技术，对不同工况下的井流曲线形态进行综合研究，定量揭示倾斜钻孔井流随钻孔施工参数、含水层水文地质参数、疏放水时间的变化规律，从而实现疏水钻孔的优化布置，有效预测疏放水量，控制疏放水时间。其研究成果也将为煤矿井下疏放水钻孔相关规范、标准的制定提供科学依据。

本项目以倾斜钻孔在水平承压含水层中定降深疏放水为主要研究对象，在宁东矿区开展了煤矿水害防治相关工作的研究，主要研究成果包括：.（1）在倾斜钻孔定流量疏放水井流计算研究的基础上，推导了倾斜钻孔定降深井流计算方法。.1） 倾斜钻孔定降深井流计算方程推导.研究首先利用源汇理论推导了理想模型中倾斜钻孔定流量井流的计算方程，并以此为基础进一步推导了倾斜钻孔定降深井流计算方程。.2）倾斜钻孔定降深疏放水现场试验.灵新煤矿开采前需要进一步获取宝塔山砂岩含水层的水文地质参数，为施工疏放水钻孔布置、控制疏放水水量及时间等问题提供依据，为此矿方实施了宝塔山砂岩含水层疏放工程。项目组成员全程参与了灵新矿放水试验，并收集了相关数据。.3）倾斜钻孔疏放水井流计算.在推导了均质各向异性无限水平承压含水层中倾斜钻孔疏放水时的井流计算解析式之后，通过编写MATLAB程序，对方程无法直接求解的部分进行了数值求解。以灵新矿疏放水试验为研究对象，对比了放水孔观测数据与计算数据，拟合效果较好。研究还发现：所有观测点的s-t曲线都有两个拐点，曲线的形状与垂直钻孔疏放水曲线的形状相似，在一段时间内降深增速较快，一段时间后增速较慢。对于同一观测点、不同时间的下降速率，降深时间曲线不是t的单调函数。.（2）以羊场湾煤矿底板勘探资料为基础，优化了克里格法并绘制了更精确的突水系数等值线平面图。.（3）单指数衰减模型是动力学系统模型的一种，实质是基于一系列离散模型代替并模拟系统动态连续变化过程的。以宁东矿区两个代表性矿井中两个典型工作面的钻孔疏放水观测资料，首次尝试利用单指数衰减模型拟合钻孔水量变化过程，从水动力学角度出发，探讨钻孔水量衰减模型中各参数代表的物理意义，基于统计学分类和主成分分析法找到模型参数的主要影响因素。