[0001] 本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种煤层顶板含水层涌突水危险性评价与预测四双工作法。

[0002] 顶板含水层突水问题一直是困扰中国煤矿安全生产和煤矿工业可持续发展的主要原因之一。矿井顶板水的突出不仅恶化了工作面的生产环境，而且给矿井生产带来不安全因素。如果对顶板砂岩富水性评价不到位，且对顶板涌出水量的预测不当，会导致要么过分增加安全系数而极大的增加了防治工程费用，要么安全系数过小，导致采区防排水能力不足，造成淹井淹采区甚至出现人员伤亡的重大事故。可见，在开采过程中，一方面需要对顶板富水性及涌突水危险性进行评估，另一方面也需要预测待开采工作面的疏干水量。

[0003] 但是，现有技术中的顶板砂岩富水性评价方法过于复杂，对于数据的要求高；而传统涌突水危险性评价方法的评价结果差异较大，使用过程会受到一定限制。对于提前疏放水量的预测，目前还没有很好的办法。

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0036] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0038] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0039] 此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0040] 实施例一

[0041] 图1为本发明一实施例提供的煤层顶板含水层涌突水危险性评价与预测四双工作法，该方法包括：

[0042] 步骤B1、根据待开采煤层顶板的位置分类，计算获取所述待开采煤层顶板的富水性指数和/或突水危险性指数。

[0043] 针对煤层顶板的位置分类，参照图2-图5，待开采煤层即为图中待采煤层03，可以包括：直接顶板02与间接顶板01，其中，直接顶板02与待采煤层03接触，间接顶板01与直接顶板 02接触。

[0044] 进一步地，根据待采煤层03与直接顶板02是否整合接触、直接顶板02与间接顶板01的富水性强弱、直接顶板02与间接顶板01的岩性来综合判断待采煤层03的突水性评价结果。

[0045] 步骤B2、根据所述待开采煤层顶板的富水性指数和/或突水危险性指数、以及所述待开采煤层顶板的采掘获取区域位置信息，获取所述待开采煤层顶板的突水评价结果。

[0046] 需要说明的，四双表示双表、双指数、双图、双预测，其中双表代表根据钻孔柱状图中提取到的信息组成的基础数据表，根据基础数据表结合富水性指数计算过程以及涌突水危险性指数计算过程整理的工作表；双指数表示富水性指数与涌突水危险性指数；双图表示富水性等值线图与突水危险性等值线图；双预测表示疏干水量预测与涌水量预测。

[0047] 图2为本发明提供的顶板位置分类示意图之一，参照图2，其中直接顶板02为砂泥质互层型含水层，富水性不均一，待采煤层03与上覆各地层整合接触，待采煤层03的导水裂隙带波及不到间接顶板01含水层。当待采煤层03的顶板位置分类属于图2中所示的类型时，因为待采煤层03的导水裂隙带波及不到间接顶板01，则根据计算直接顶板02的富水性指数来评价这种煤层顶板的突水性。

[0048] 图3为本发明提供的顶板位置分类示意图之二，其中直接顶板02与间接顶板01的地质条件相同或是相近，则将二者视为同一地层来考虑。当煤层的顶板位置分类属于图3中所示类型时，因为直接顶板02与间接顶板01的地质条件相同或相近，此时不再考虑导水裂隙带能否波及到间接顶板01，将二者视为同一地层来进行评价，此时只通过计算待采煤层03顶板的富水性指数，用来评价这种煤层顶板的突水性。

[0049] 图4为本发明提供的顶板位置分类示意图之三，其中间接顶板01为强富水层，直接顶板02富水性弱，只要导水裂隙波及到间接顶板01则必然涌突水，并且因为直接顶板02的厚度不一，待采煤层03开采过程中部分区域的导水裂隙带会波及到间接顶板01。当待采煤层03顶板的位置分类属于图4中所示类型时，因为间接顶板01为强富水层，且直接顶板02的厚度不一，当导水裂隙带波及到间接顶板01时则必然发生涌突水，此时则通过计算直接顶板02的突水危险性指数来评价这种煤层顶板的突水性。

[0050] 图5为本发明提供的顶板位置分类示意图之四，其中直接顶板02为隔水层，间接顶板01为砂泥质互层型地层，富水性不一，且待采煤层03与间接顶板01之间距离不固定，有时候导水裂隙会波及到间接顶板01的含水层。当带采煤层03顶板的位置分类属于图5中所示类型时，直接顶板02为隔水层，间接顶板01为砂泥质互层型，富水性不均一，此时一方面考虑导水裂隙带是否能波及到间接顶板01，同时要考虑波及到的范围是否为强富水性，因此此种地层分类需要通过计算间接顶板01 的突水危险性指数，还有计算直接顶板02的富水性指数和突水危险性指数来共同评价该煤层顶板的突水性。

[0051] 需要说明的，地层的富水性有强有弱，但不代表所有地层都是含水层，上述直接顶板02与间接顶板01的概念，只是为了更加清楚的说明本发明。

[0052] 图6为本发明另一实施例提供的煤层顶板含水层富水性评价方法流程示意图；

[0053] 可选的，上述计算获取所述待开采煤层的富水性指数，具体包括：

[0054] 步骤601、获取待开采煤层的所有钻孔的钻孔柱状图信息。

[0055] 根据煤矿地质勘探时的物理测井资料，获取待开采煤层的所有钻孔的钻孔柱状图信息，包括各个地层的名称、岩性、层厚、标志层、层间距、钻孔标高、开孔坐标、含水层底板埋深、煤层底板埋深等信息。

[0056] 步骤602、根据所述钻孔柱状图信息，获取所述待开采煤层的相邻裂隙型含水层的煤层厚度。

[0057] 获取钻孔柱状图信息后，提取其中待开采煤层相邻裂隙含水层的煤层厚度信息。

[0058] 步骤603、根据所述煤层厚度获取煤层采高。

[0059] 其中，根据煤层厚度获取煤层采高，可以根据煤层厚度与综采支架的最大采高和最小采高来确定煤层采高。根据综采支架确定最大采高和最小采高，并比较煤层厚度与最小采高和所述最大采高。当煤层厚度小于或等于最小采高时，设定最小采高为煤层采高；当煤层厚度大于或等于最大采高时，设定最大采高为所述煤层采高；当煤层厚度介于最小采高与最大采高之间时，根据综采支架的采高来确定煤层采高。

[0060] 步骤604、根据所述煤层厚度、所述煤层采高获取理论研究地层厚度。

[0061] 首先根据煤层采高计算导水裂隙带的高度和保护层的厚度；上述根据煤层采高来确定导水裂隙带的高度，可以为：采用公式HD＝100M÷(3.1M+5)+4计算导水裂隙带的高度HD，其中 M表示煤层采高。

[0062] 需要注意的，在将导水裂隙带直接作为研究层段时，有时可能会出现研究范围偏小的问题，此时需要通过保护层来进一步确定研究范围，以求数据准确。可选地，上述根据煤层采高确定保护层厚度，可以采用公式Hb＝4M计算所述保护层厚度 Hb，其中Hb为保护层厚度。

[0063] 需要说明的，上述保护层与煤层采高之间的比例关系，只是通过经验公式给定的一个比例关系，并不限定采高与保护层之间的比例关系，具体的比例关系应当根据实际开采情况以及结合经验公式给出，这里只是作为举例出现。

[0064] 进一步地，还可以包括根据煤层厚度和煤层采高，确定修正值。

[0065] 具体的，若采煤工作面留有预设厚度顶板回采时，预设厚度为修正值；若采煤工作面沿着煤层顶板回采时，修正值为0；若采煤工作面突破顶板岩石回采时，修正值为顶板岩石厚度。

[0066] 最后通过公式HY＝HD-dx确定理论研究地层高度HY，其中 HD为导水裂隙带的高度，dx为修正值。

[0067] 需要注意的，在将导水裂隙带直接作为研究层段时，有时可能会出现研究范围偏小的问题，此时需要通过保护层来进一步确定研究范围，以求数据准确。

[0068] 步骤605、根据所述煤层的岩性、单层厚度、地板埋深，获取附加层厚度和研究层段砂岩层累加厚度。

[0069] 具体的，根据钻孔柱状图上的信息，分析理论研究层段的上覆地层的岩性，若理论研究层段的上覆地层的岩性为强富水性，为求数据准确，则在考虑实际研究层段时，需要将理论研究层段的上覆地层也要考虑进去，作为附加层。同时根据理论研究层段厚度以及钻孔柱状图信息，确定理论研究层段内砂岩层的累加厚度。

[0070] 需要说明的，当理论研究层段的上覆顶层富水性弱时，可以不考虑附加层。

[0071] 步骤606、根据所述理论研究地层厚度和所述附加层厚度获取采用研究地层厚度。

[0072] 可选地，根据公式HY＝HD-dx+df计算出采用研究地层厚度HY，其中HD为导水裂隙带的高度，dx为修正值，df为附加层厚度。

[0073] 步骤607、根据所述研究层段砂岩层累加厚度和所述采用研究地层厚度确定所述待开采煤层顶板的富水性指数。

[0074] 可选地，根据公式 计算富水性指数Fzhi，其中MC为所述砂岩层的累加厚度，HY为所述研究范围高度。

[0075] 需要说明的，在考虑富水性指数的过程中，也需要考虑附加层的厚度，当研究层段的上覆地层为强富水性时，此时的富水性指数计算方式可以为以求数据尽可能准确，误差尽可能小，其中，df为附加层厚度。

[0076] 步骤608、根据钻孔坐标和对应的富水性指数绘制富水性等值线图。

[0077] 可选地，根据钻孔柱状图中的钻孔坐标信息，以及每个钻孔对应的富水性指数，来绘制富水性等值线图。

[0078] 图7为本发明另一实施例提供的煤层顶板含水层涌突水危险性评价方法流程示意图；

[0079] 如图7所示，上述计算获取所述待开采煤层的突水危险性指数，包括：

[0080] 步骤701、获取代开采煤层的所有钻孔柱状图信息。

[0081] 根据煤矿地质勘探时的物理测井资料，获取待开采煤层的所有钻孔的钻孔柱状图信息，可以包括各个地层的名称、岩性、层厚、标志层、层间距、钻孔标高、开孔坐标、含水层底板埋深、煤层底板埋深等一项或多项信息。

[0082] 步骤702、根据所述钻孔柱状图信息，获取所述待开采煤层的相邻裂隙型含水层的煤层厚度、隔水层厚度和防隔水煤岩柱厚度。

[0083] 获取钻孔柱状图信息后，提取其中待开采煤层相邻裂隙含水层的煤层厚度信息、隔水层厚度信息和防隔水煤岩柱厚度信息。

[0084] 步骤703、根据煤层厚度获取煤层采高。

[0085] 其中，根据煤层厚度获取煤层采高，可以是根据煤层厚度与综采支架的最大采高和最小采高来确定煤层采高。根据综采支架确定最大采高和最小采高，并比较煤层厚度与最小采高和所述最大采高。当煤层厚度小于或等于最小采高时，设定最小采高为煤层采高；当煤层厚度大于或等于最大采高时，设定最大采高为所述煤层采高；当煤层厚度介于最小采高与最大采高之间时，根据综采支架的采高来确定煤层采高。

[0086] 步骤704、根据煤层采高计算导水裂隙带的高度和保护层的厚度。

[0087] 上述根据煤层采高来确定导水裂隙带的高度，可以为：采用公式HD＝100M÷(3.1M+5)+4计算导水裂隙带的高度HD，其中M表示煤层采高。

[0088] 需要注意的，在将导水裂隙带直接作为研究层段时，有时可能会出现研究范围偏小的问题，此时需要通过保护层来进一步确定研究范围，以求数据准确。可选地，上述根据煤层采高确定保护层厚度，可以采用公式Hb＝4M计算所述保护层厚度 Hb，其中Hb为保护层厚度。

[0089] 需要说明的，上述保护层与煤层采高之间的比例关系，只是通过经验公式给定的一个比例关系，并不限定采高与保护层之间的比例关系，具体的比例关系应当根据实际开采情况以及结合经验公式给出，这里只是作为举例出现。

[0090] 步骤705、根据导水裂隙带的高度、隔水层厚度和防隔水煤岩柱的厚度以及保护层的厚度计算待开采煤层顶板的突水危险性指数；

[0091] 可选的，根据公式 计算涌突水危险性指数 Ts，其中Hg为隔水层厚度，Hf为防隔水煤岩柱厚度；HD为导水裂隙带的高度；Hb为所述保护层厚度。

[0092] 步骤706、根据钻孔坐标和相对应的突水危险性指数绘制突水危险性等值线图。

[0093] 可选地，根据钻孔柱状图中的钻孔坐标信息，以及每个钻孔对应的突水危险性指数，来绘制突水危险性等值线图。

[0094] 图8为本发明另一实施例提供的疏干水量预测方法的流程示意图，该方法包括：

[0095] 步骤801、获取已开采工作面的疏干水量、开采面积和采高。

[0096] 通过煤矿之前采集过程中的数据，提取与待开采工作面位于同一煤层的已工作面的疏干水量、开采面积和采高信息。

[0097] 步骤802、计算已开采工作面的平均富水性指数。

[0098] 根据已开采工作面的每个钻孔对应的富水性指数，通过平均求得已开采工作面的平均富水性指数。

[0099] 步骤803、确定待开采工作面的开采面积和采高。

[0100] 根据实际情况，结合煤层厚度以及综采支架的最大采高和最小采高，确定待开采工作面的设定采高，通过设定采高以及采煤设备的工作宽度确定待开采工作面的开采面积。

[0101] 步骤804、计算待开采工作面的平均富水性指数。

[0102] 根据待开采工作面的每个钻孔对应的富水性指数，通过平均求得待开采工作面的平均富水性指数。

[0103] 步骤805、计算待开采工作面的疏干水量。

[0104] 可选的，根据公式 计算待开采工作面的疏干水量，其中Q待采表示待开采工作面的疏干水量， Q已采表示已开采工作面的疏干水量，Fzhi待采表示待开采工作面的平均富水性指数，Fzhi已采表示已开采工作面的平均富水性指数，S已采表示已开采工作面的开采面积，S待采表示待开采工作面的开采面积，D已采表示已开采工作面的平均采高，D待采表示待开采工作面的设计采高。

[0105] 需要注意的，当煤层顶板为硬岩石地质条件时，只要工作面的排水能力足够大，顶板水可以不进行预疏干，只需要对工作面的涌水量进行预计，根据预计的涌水量进行排水就可以。工作面涌水量的预测与待开采工作面疏干水量预测方法基本相同，唯一的区别在于将已开采工作面的疏干水量替换为已开采工作面的涌水量，其中已开采工作面的涌水量可通过煤矿之前采集到的数据中提取。

[0106] 具体的，根据公式 计算待开采工作面的涌水量，其中Q待采涌水量表示待开采工作面的涌水量，Q已采涌水量表示已开采工作面的涌水量，Fzhi待采表示待开采工作面的平均富水性指数，Fzhi已采表示已开采工作面的平均富水性指数，S已采表示已开采工作面的开采面积，S待采表示待开采工作面的开采面积，D已采表示已开采工作面的平均采高，D待采表示待开采工作面的设计采高。

[0107] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。