基于含水层-钻孔水量交换的疏水钻孔水量计算

摘要

疏水降压是煤矿顶板水害防治的主要工程手段,复合充水含水层中倾斜疏放水钻孔涌水量计算及参数优化是需要解决的关键技术.以"渗流-管流耦合模型"理论及能量守恒定律为基础,以含水层-钻孔间水量交换量为耦合点,构建了煤层顶板复合充水含水层倾斜疏放水钻孔定降深放水的含水层-钻孔系统耦合模型,利用母杜柴登矿井临时煤仓放水试验数据验证了模型的可靠性.以此为基础,计算了不同钻孔仰角、数量的钻孔涌水量及单位长度涌水量,确定了钻孔的最佳仰角和数量.同时,计算分析了150 m钻场间距下600 m工作面范围内不同疏降水头的钻孔涌水量、工作面内部降深的特征.结果 表明:基于含水层-钻孔水量交换的疏放水钻孔水量计算模型充分考虑了疏放水过程中钻孔内的层流和紊流水流特征.模型计算的1个主放水孔水量和2个观测孔水位历时变化和现场实际情况基本一致,模型可靠性好,且能解决倾斜钻孔在复合充水含水层中的水量分配问题.随着疏放水钻孔仰角的增大,单位长度的钻孔涌水量呈现先增加后减小的趋势,在仰角为60°时,钻孔单位涌水量最大,稳定水量为165 m3/h,主要涌水层位为直罗组一段含水层,约占总涌水量的81％.此外,随着钻孔数量增加,单个钻场内钻孔总涌水量不断增加,单位长度的钻孔涌水量呈现逐步减小的趋势,钻孔数量增至5个后总涌水量基本稳定,钻孔稳定总涌水量约为440 m3/h.在150 m钻场间距下600 m工作面范围中,60 d内,780 m定水头疏降时,钻孔总涌水量由1700 m3/h降至170 m3/h,降幅达90％;830和880 m定水头疏降下,钻孔总涌水量由1530,1350 m3/h分别降至153,135 m3/h,降幅均为90％.钻场内钻孔总涌水量受到周边钻场疏降干扰的影响,由两端向内侧影响逐步增大.780 m定水头疏降时,两端钻孔总涌水量约为309 m3/h,最中间钻场钻孔总涌水量约为142 m3/h.工作面内部水头分别降至780,830和880 m的时间分别为155,125和100 d.随着时间推移,不同降深范围逐步增大.随着疏放时间的延续,横剖面呈现以倾斜钻孔为中心的降落漏斗且范围逐步扩大,平面上则呈现以全部钻场范围为中心的降落漏斗且范围逐渐增大.