一种工作面顶板水疏放方法及装置与流程

本申请涉及矿井顶板水害防治与水资源保护领域，具体地，涉及一种工作面顶板水疏放方法及装置。

背景技术：

1、西部侏罗纪煤田是我国煤炭资源的主产区，面临顶板水害威胁。因此，工作面开采前，一般要在井下巷道施工顶板钻孔，通过疏放顶板含水层的水，来削减推采期间的顶板涌水量，保障安全。现场实际疏放水存在过度疏放现象，即疏放水量多、疏放水工程量大、疏放时间长，缺乏疏放水合理性的定量评判标准。

2、目前，现有技术中关于工作面采前顶板疏放水工程优化布置的研究，主要包括：一是基于工作面实际排水能力，利用数值法反算顶板水头留设值，但是，这种方法仅仅是从工作面回采安全角度出发，没有综合考虑疏放水效率因素；二是基于钻孔放水时的渗流-紊流多流态特征，利用数值法计算钻孔涌水量和群孔涌水量，并据此设计钻场内钻孔施工数量，该方法的核心是试算出单位长度钻孔最大涌水量，以此为依据，确定钻孔最优倾角和钻场内钻孔数量，未考虑钻孔孔组之间的相互影响；三是根据钻孔放水时的衰减特征，利用数值法计算钻孔终孔位置、钻孔个数等参数，这一方法认为涌水量达到动态稳定时为最佳疏放水结束时机，并据此确定最优疏放水时间。实际上，钻孔涌水不仅受到同一钻场内钻孔疏水的影响，同时还受到周边其他钻场钻孔疏水影响，并且，疏放水结束时间应该以排水系统排出开采期间最大涌水量为标准，这一最大涌水量对应的顶板水头就是疏放水结束的最佳时机，这一最大涌水量与钻孔疏放水稳定涌水量没有直接关系。相关技术中，以钻孔疏放水稳定涌水量作为疏放水结束的判断依据，并不科学。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种工作面顶板水疏放方法及装置。

2、第一方面，提供一种工作面顶板水疏放方法，包括：

3、计算工作面顶板的最大允许残余水头，根据最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至最大允许疏放残余水头之间的疏放水量；

4、基于疏放水量构建关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型；

5、求解顶板水疏放模型，得到最优的工作面钻场数量；

6、基于最优的工作面钻场数量计算最优的疏放水时间；

7、根据最大允许残余水头确定最优的疏放水残余水头。

8、在一个实施例中，根据最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至最大允许疏放残余水头之间的疏放水量，采用以下公式：

9、w疏＝(h0-hwm)·b·a

10、其中，w疏为疏放水量，h0为工作面顶板含水层疏放前初始水头，hwm为最大允许疏放残余水头，b为工作面的宽度，a为工作面的长度。

11、在一个实施例中，关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型为：

12、

13、约束条件为：

14、

15、其中，n为工作面钻场数量，i为每个钻场中钻孔的标号，l为垂直于地下水流向的钻孔水平投影长度，αi为钻孔i的倾角，θi为钻孔i的方位角，w疏为疏放水量，q0表示疏放水初始效率，β为顶板水疏放模型引入参数，te为疏放水动态稳定时间，xm为最大涌水量对应的推采距，r为疏放水影响半径。

16、在一个实施例中，最优的工作面钻场数量为：

17、

18、其中，n*为最优的工作面钻场数量，w疏为疏放水量，q0表示疏放水初始效率，β为顶板水疏放模型引入参数，te为疏放水动态稳定时间，xm为最大涌水量对应的推采距，r为疏放水影响半径，int表示取整。

19、在一个实施例中，最优的疏放水时间为：

20、

21、其中，t*为最优的疏放水时间，n*为最优的工作面钻场数量，w疏为疏放水量，q0表示疏放水初始效率。

22、在一个实施例中，最优的疏放水残余水头为：

23、

24、其中，为最优的疏放水残余水头，η为约束工作面采后峰值流量的安全系数，hwm为最大允许疏放残余水头。

25、第二方面，提供一种工作面顶板水疏放装置，包括：

26、疏放水量计算模块，用于计算工作面顶板的最大允许残余水头，根据最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至最大允许疏放残余水头之间的疏放水量；

27、顶板水疏放模型构建模块，用于基于疏放水量构建关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型；

28、模型求解模块，用于求解顶板水疏放模型，得到最优的工作面钻场数量；

29、最优疏放水时间计算模块，用于基于最优的工作面钻场数量计算最优的疏放水时间；

30、最优疏放水残余水头确定模块，用于根据最大允许残余水头确定最优的疏放水残余水头。

31、第三方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上述的工作面顶板水疏放方法。

32、第四方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，计算机程序/指令被处理器执行时，以实现上述的工作面顶板水疏放方法。

33、相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请的工作面顶板水疏放方法及装置，根据最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至最大允许疏放残余水头之间的疏放水量，根据疏放水量构建关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型，求解顶板水疏放模型得到最优的工作面钻场数量，并确定最优的疏放水时间和最优的疏放水残余水头，从而实现工作面推采顶板涌水量安全经济可控条件下的顶板疏放水量少、疏放水时间短，同时，提高了疏放水效率。

技术特征：

1.一种工作面顶板水疏放方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，根据所述最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至所述最大允许疏放残余水头之间的疏放水量，采用以下公式：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型为：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优的工作面钻场数量为：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优的疏放水时间为：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优的疏放水残余水头为：

7.一种工作面顶板水疏放装置，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现权利要求1-6任意一项所述的工作面顶板水疏放方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时，以实现权利要求1-6任意一项所述的工作面顶板水疏放方法。

技术总结
本申请涉及一种工作面顶板水疏放方法及装置，根据最大允许残余水头，确定工作面顶板水头从天然无疏放状态疏放至最大允许疏放残余水头之间的疏放水量，根据疏放水量构建关于工作面钻场数量的顶板水疏放模型，求解顶板水疏放模型得到最优的工作面钻场数量，并确定最优的疏放水时间和最优的疏放水残余水头，从而实现工作面推采顶板涌水量安全经济可控条件下的顶板疏放水量少、疏放水时间短，同时，提高了疏放水效率。

技术研发人员：周振方,董书宁,薛建坤,王治宙,王昱同,王甜甜,李炳宏,张戈,黄浩,王智博
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5