[发明专利]煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法

权利要求书

1.一种煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：含水层地下水向钻孔运动数学模型选择，采用达西非稳定渗流数学模型进行描述，如下列公式(1)和公式(2)：

式中：ε_p为含水层孔隙率；ρ为水的密度，kg/m³；▽为拉普拉斯算子；u为地下水流速，m/s；κ为含水层渗透率，m²；μ为水的动力黏度，Pa·s；p为水压力，Pa；t为时间，s；g为重力加速度，m/s²；Q_m为水流源；

步骤二：疏水含水层模拟范围确定与范围边界处理；

步骤三：疏水含水层与仰斜疏水钻孔复合数值模型构建及离散化；

步骤四：疏水含水层与钻孔壁溢出边界处理，根据在地下水动力学原理含水层任意一点总水头定义为下列公式(3)：

H＝z+p/r+u²/2g(3)

式中：H为某点水头值(m)；z为位置水头(m)；p为水压力(MPa)，r为地下水容重(1000N/m³)，p/r称为压力水头；u为地下水流速(m/s)，g为重力加速度(m/s²)，u²/2g为速度水头；

步骤五：疏水含水层参数输入，在模型中定义疏水含水层渗透系数、给水度两个水文地质参数；

步骤六：疏水钻孔涌水量计算，设定求解器为瞬态过程，并根据数值计算实际需求设定求解步长和求解时间，最终进行非稳定流模拟计算，通过对疏水钻孔孔壁域内的达西流速U进行实时积分，即Q_涌＝∫∫UdΩ_孔壁面积，动态积分得出的达西渗流量即为钻孔的涌水量。

2.如权利要求1所述的煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法，其特征在于：步骤二中，利用有限元模型，根据采煤工作面与顶板含水层的空间结构，仅建立采煤工作面覆盖范围内的疏水含水层与疏水钻孔复合数值模型。

3.如权利要求2所述的煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法，其特征在于：利用无穷远定义方法，将疏水含水层外围数值处理成“大范围”的无限展布的充水含水层，在疏水含水层顶部和底部数值处理成“零”通量边界。

4.如权利要求1所述的煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法，其特征在于：步骤三中，根据圆柱形疏水钻孔空间结构设计参数，构建疏水钻孔，根据采煤工作面尺度，以采煤工作面覆盖为界，构建疏水含水层。

5.如权利要求4所述的煤矿井下仰斜疏水钻孔涌水量预计方法，其特征在于：利用有限元模型的三角四面体单元剖分方法，建立采煤工作面尺度上含水层与钻孔复合刻画的计算机模型，并疏水钻孔孔径尺寸的1/3为最小单位剖分标准，对疏水钻孔孔壁进行局部精细剖分。