[发明专利]基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法

说明书

本发明涉及一种矿井涌水量预测方法，属于矿井顶板水害防治与水资源保护领域，具体是基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法。该方法主要包括：矿区已采工作面顶板水头实际疏降条件涌水过程数学模型构建，矿区已采工作面顶板水头无疏降条件涌水过程数学模型求解，工作面推采顶板涌水过程主控因素分析，工作面推采过程涌水量预测多阶动力系统模型研发，基于多阶动力系统模型的工作面涌水量预测软件开发及预测，实现煤矿工作面涌水量的精准、动态预测，并得到煤矿水害防治领域最为关注的最大涌水量、正常涌水量及发生位置。

技术领域

本发明涉及一种矿井涌水量预测方法，属于矿井顶板水害防治与水资源保护领域，具体是基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法。

背景技术

煤炭生产重心逐步西移是我国重要的能源发展战略布局，西部主要开采侏罗纪煤炭资源。煤层开采造成顶板含水层水进入采空区，一是带来水害威胁，二是造成地下水资源的损失。煤层开采顶板涌水量预测，既能够为矿井防排水系统合理设计以及水害防治技术方案的精细制定提供基础数据，又能够为地下水资源损失量计算提供参考。

目前，在煤矿顶板水害防治领域，常用以计算工作面顶板涌水过程的方法主要包括水均衡法、解析法、数值法、降深曲线方程法、水文地质比拟法、相关分析法、时间序列分析以及人工神经网络等八类。前四类以经典渗流理论为基础，受到井径适用范围、勘探水文地质参数误差以及边界条件动态变化因素影响，解析法和数值法预测结果与实际值存在较大差距，利用上述方法计算的涌水量误差值小于30％的矿井仅有10％，小于50％预测误差的矿井数量超过80％。并且，这些方法计算的涌水量均是静态量，不能体现涌水过程随采掘工程的连续动态变化特征，这与实际涌水规律不符。后四类方法主要基于涌水量实测数据的统计学特征，比拟计算结果虽能够体现涌水的动态性，但只能用于地质和采矿工程条件相似的矿井，忽略了涌水量变化过程指示的水文地质学和岩石力学意义，同时，比拟过程对实测资料积累程度要求较高，并且条件相似是一个相对概念，类比要素一旦发生变化，利用该方法的计算过程就缺乏理论依据，预测结果不再可靠。

煤矿工作面顶板涌水量预测是一个热点问题，众多学者对此进行了研究，但是，现有公开的涌水量预测技术文献与专利，普遍存在适用性差的问题，根源在于对复杂的地质、水文地质条件认识的局限性，对开采活动引起的地下水动态变化，地下水向井巷运动过程中空间和时间上呈现出的复杂运动形式，难以给出正确的物理模型。因此，研发一种既能体现工作面推采涌水量动态性，又能突出涌水量预测精度的顶板涌水量动态预测方法十分必要。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法。

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种基于多阶动力系统模型的煤矿工作面涌水量动态预测方法，包括：

实际疏降条件涌水模型构建步骤，构建表征矿区已采工作面顶板水头实际疏降条件涌水过程的数学模型；

无疏降条件涌水模型求解步骤，基于采前顶板实际疏放水量和实际疏放条件工作面推采涌水量过程方程,求解矿区已采工作面顶板水头无疏降条件涌水过程数学模型；

顶板涌水过程主控因素分析步骤，挖掘工作面推采顶板涌水过程主控因素，利用多元线性回归方法建立模型参数与控制要素的数学关系；

多阶动力系统预测模型构建步骤，基于采前一次预测模型和采中二次校正模型构建工作面推采过程涌水量多阶动力系统预测模型。