煤层顶板含水层疏放水井孔工程优化解析模型推导及应用

作     者：周振方 ZHOU Zhenfang

作者机构：西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710054 

出 版 物：《煤矿安全》 (Safety in Coal Mines)

年 卷 期：2025年第56卷第3期

页      面：188-196页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项重点资助项目(2022-2-TD-ZD005) 陕西省青年科技新星资助项目(人才)(2023KJXX-094) 陕西省自然科学基础研究计划重点资助项目(2023-JC-ZD-27) 国家自然科学基金资助项目(42472331) 

主　　题：顶板水害 砂岩含水层 钻孔疏放水 井流计算 解析模型 

摘      要：煤层开采前超前实施探放水工程是消除顶板水害威胁的一项有效手段。选取宁东鸳鸯湖矿区延安组2煤典型工作面为研究对象,以地下水动力学“点源线汇理论为基础,通过顶板水疏放问题概化和理论模型推导,建立了煤层顶板砂岩含水层单一倾斜钻孔疏放水稳定井流计算解析式;根据地下水“映射井原理,推导了顶、底有界含水层疏放水过程任意1点降深计算的井流解析模型;根据地下水“辐射井井流原理,提出了疏放水“辐射井分支钻孔数量优化确定方法;融合“干扰井井流叠加计算原理和有限厚含水层中的不完整井稳定流计算公式,进一步推导出“井群叠加放水效应影响下空间任1点降深计算解析式;通过构建钻场间距优化计算解析模型,开展了不同采宽条件下钻场间距适配试算,确定了研究区疏放水钻场间距与工作面采宽之间的数学关系式,综合提出疏放水井孔工程优化确定方法;在宁东鸳鸯湖矿区典型案例工作面进行了应用,优化确定了工作面顶板疏放水区段、疏放水钻场间距以及疏放水钻孔施工参数。应用结果表明:通过工作面开采防治水综合效果检验,疏放水工程量和时效性较传统采前顶板水疏放模式实现了较大程度的优化。