(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010609810.2
(22)申请日 2020.06.29
(71)申请人 中国煤炭地质总局勘查研究总院
地址 100039 北京市丰台区靛厂路299号
(72)发明人 傅耀军 吴铁卫 李媛 杜松
耿建军 方惠明 王丹丹 黄泰誉
梁叶萍 郭婵妤 唐朝苗 徐翰
(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限
公司 11002
代理人 程琛
(51)Int.Cl.
G06Q 10/04(2012.01)
G06Q 50/02(2012.01)
(54)发明名称
一种矿井涌水量计算方法
(57)摘要
本发明实施例提供一种矿井涌水量计算方
法，提出矿井涌水量非稳定流动态预测方法‑非
元结构体的自身含水释放量，与其外侧含水断面
的弹性释水量叠加得到矿井涌水量，对于冒裂二
元结构体的外侧释水断面，研究了其工作面随时
间不断推进的迭代过程，推导出每次顶板冒裂各
释水断面持续释水时间以及涌水量，提供了新的
矿井涌水量预测方法‑非稳定释水‑断面流法，能
够计算在不断推进迭代过程中的矿井涌水量，考
虑的矿井涌水量相关因素更加全面，最终计算出
的矿井涌水量更加准确。权利要求书4页 说明书7页 附图3页CN 111798043 A 2020.10.20
C N 111798043
A
1.一种矿井涌水量计算方法，其特征在于，包括：
计算单次冒裂二元结构体的自身含水释放量和所述冒裂二元体结构外侧释水断面的弹性释水量；
随着工作面随时间不断推进，计算每次顶板冒裂各释水断面持续释水时间及涌水量；
计算不断推进迭代过程中当前冒裂形成的冒裂二元结构体的自身含水释放量和所述冒裂二元体结构外侧释水断面的弹性释水量；
将当前冒裂形成的冒裂二元结构体的自身含水释放量和所述冒裂二元体结构外侧释水断面的弹性释水量叠加得到当前冒裂的矿井涌水量。
2.根据权利要求1所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述随着工作面随时间不断推进，计算每次顶板冒裂各释水断面持续释水时间及涌水量包括：
计算每次冒裂各释水断面的单宽流量和各释水断面的持续释水时间；
根据每次冒裂各释水断面的单宽流量和各释水断面的持续释水时间，计算每次顶板冒裂各释水断面的涌水量。
3.根据权利要求2所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述计算每次冒裂各释水断面的单宽流量包括：
所述冒裂二元体结构外侧释水断面影响区域地下水向矿井运动为一维非稳定流，能够用非稳定流定降深沟流方程描述：
求解上列方程，得降深方程：
S＝S定D s(u)；
式中，D s(u)称为定降深沟流降深函数；
根据达西定律，计算边界过水断面外侧任意距离x处在时间t时刻的单宽流量：
则边界过水断面处单宽流量q(t)为：
对于单一承压含水层，其释水断面单宽流量为：
4.根据权利要求3所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述计算每次冒裂各释水断面的持续释水时间包括：
每次顶板冒裂各释水断面持续释水时间可由下式获得：
t y＝(d-j)t z+t d；
其中，同一工作面顶板冒裂破断距为定值，在工作面正常推进中，顶板冒裂破断时间间隔视为常数，用t z表示，d表示冒裂总次数，j表示冒裂序数，t d表示第d次冒裂形成的释水断面释水延续时间，0＜t d≤t z，若d次冒裂后工作面推进减缓或停采，则，t d＞t z。
5.根据权利要求4所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，
所述冒裂二元体结构外侧释水断面包括沿平行、垂直工作面推进方向分别为a j、b j断面，a j、b j断面的宽度分别为a、b，其中，j为随着工作推进的第j次冒裂。
6.根据权利要求5所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，通过如下方式计算每次冒裂a断面的涌水量：
a断面单一承压含水层释水流量可用下式计算：
S a定＝H0；
式中，H0为初始水头，a为a断面宽度，m，则a断面的所有承压含水层的释水总流量为：
式中：S aji定为第j次冒裂a断面第i承压含水层定降深，m；T i为第i承压含水层导水系数，l2t-1；u i※为第i承压含水层贮水系数。
7.根据权利要求6所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，通过如下方式分别计算b0断面及b j断面的释水流量：
通过如下公式计算b0断面单一承压含水层释水流量：
式中，b为b断面宽度，m；
则b0断面的所有承压含水层的释水总流量为：
式中，为b0断面i含水层定降深，m；
b j断面单一承压含水层释水流量由下式计算：
其中，每次冒裂各断面释水定降深为不断衰减的变量：
则b j断面的所有承压含水层的释水总流量为：
8.根据权利要求7所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述冒裂二元体结构外侧释水断面的弹性释水量为：
式中，s ji定0为第j次冒裂a断面第i个承压含水层定降深，m；s0i定为b断面第i个承压含水层定降深，m；s ji定为第j次冒裂b j断面第i个含水层定降深，m；
若初始流场水力坡度较小或b断面间初始水头差远小于定降深，则s j i定0≈s0i定，
则：
9.根据权利要求8所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述冒裂二元体结构的自身含水释放量包括冒裂二元体结构的重力释水流量和冒裂二元体结构的弹性释水流量；
通过如下方式计算冒裂二元体结构的重力释水流量：
式中：Q i重为第i含水层重力释水流量，m3t-1；K i为第i含水层渗透系数，mt-1；F为冒裂面
积，m2；
通过如下方式计算冒裂二元体结构的弹性释水总流量：
对于冒裂二元体结构，所有承压含水层的弹性释水量为：
式中，F为冒裂面积，m2；H i第i含水层承压水头，m；u i※第i含水层贮水系数，n为冒裂二元结构体的承压含水层的数量；
对于冒裂二元体结构，所有承压含水层的重力性释水量为：
式中：M i为第i含水层厚度，单位m；u i第i含水层给水度；
冒裂二元体结构的重力释水延续时间Tu为：
冒裂二元体结构的所有承压含水层的弹性释水总流量为：
其中，冒裂二元体结构的弹性释水延续时间与重力释水延续时间相同；
冒裂二元结构体的自身含水释放量为：
其中，在冒裂二元结构体的自身含水释放量的计算统计时，将计算统计之前形成的冒裂二元结构体在T du时间段的释水流量计入彼时矿井涌水总流量，则：
式中，F d为冒裂二元结构体第i承压含水层的冒裂面积、H di为冒裂二元结构体第i承压含水层，T du为为冒裂二元结构体的重力释水延续时间。
10.根据权利要求9所述的矿井涌水量计算方法，其特征在于，所述将当前冒裂形成的冒裂二元结构体的自身含水释放量和所述冒裂二元体结构外侧释水断面的弹性释水量叠加得到当前冒裂的矿井涌水量包括：
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