本发明涉及煤炭开采
技术领域：
，具体地说是涉及一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法。
背景技术：
：煤炭生产矿井普遍存在近距离多煤层开采和分层开采的情况，由于煤层顶板大都被多个含水层覆盖，煤层顶板水害特别是老空积水水害对采煤构成严重威胁，采空区透水引发的群死群伤事故时有发生。受煤层顶底板起伏、煤层倾角、工作面布置等因素影响，工作面回采后，部分积水无法自然排出，在采空区内形成大范围的积水区，这些积水给矿井下层煤的开采埋下了安全隐患。目前，对采空区积水的具体分布位置和范围的调查和预测，难度极大且尚无科学有效的方法，如何准确的判定采空区积水的位置和范围成为亟待解决的问题。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提出一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，能够准确预测工作面采空区积水的位置和范围，以便于有针对性地对上部采空区积水进行提前疏放，极大地降低了采掘工作面突水事故发生的概率，显著地提高了采掘工作的安全性。技术方案：本发明提出一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，包括以下步骤：s1、建立x-y-z三维直角坐标系，其中z轴平行于铅垂线方向，x轴和y轴所在水平面为高程基面；在工作面回采过程中，沿倾向在工作面底板上选取多个观测点，观测并记录每个观测点坐标，其中每个观测点的z轴坐标值为该观测点的高程；s2、将多个观测点坐标数据，导入至三维图形软件生成回采工作面采空区底板网格图；s3、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成回采工作面采空区底板等值线图；s4、从等值线图中判定得到采空区积水区域，采空区积水区域的等高线均为闭合圈状，由中心向外依次环绕布置，且多个闭合等高线的高程，由中心向外逐个升高；s5、在采空区积水区域中判定得到鞍部区域，所述鞍部区域是采空区积水区域最外圈的闭合等高线凸侧与相邻高地区域等高线凸侧之间的空白部分；所述采空区积水区域最外圈的闭合等高线的高程即为积水面的高程；s6、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成回采工作面采空区底板三维曲面图；在回采工作面采空区底板三维曲面图中，在采空区积水区域，以最外圈的闭合等高线的高程为z值插入一个积水水平面，划定出采空区积水的位置和范围；s7、计算出采空区积水区域的采空区底板三维曲面图与积水水平面围成的封闭空间的填充体积；s8、将生成的等值线图作为底图，按相同坐标系叠加到矿井采掘工程平面图中，然后将积水区的位置、积水面积、积水高程和积水量数据填绘在矿井采掘工程平面图上。进一步，所述步骤s1中y轴方向平行于工作面宽度方向。所述步骤s1中观测并记录每个观测点坐标的方法是：工作面回采过程中，沿x轴每间隔一定距离，以工作面顺槽导线点为基准，利用全站仪建站观测沿y向间隔布置的多个观测点，得到一组工作面底板坐标和高程数据。其中，相邻两组观测点沿x轴方向的间隔不大于50m；一组工作面底板坐标和高程数据的多个观测点沿y向的间隔不大于30m。。所述三维图形软件优选是sufer。有益效果：本发明通过观测工作面采空区底板坐标高程，然后通过三维图形软件制作回采工作面采空区底板网格图、回采工作面采空区底板等值线图和回采工作面采空区底板三维曲面图，能够准确直观预测工作面采空区积水的位置和范围，而且可以确定积水区的积水量，尤其适用于多煤层下行开采和厚煤层分层开采的长壁综采工作面采空区积水范围的确定；以便于有针对性地对上部采空区积水进行提前疏放，极大地降低了采掘工作面突水事故发生的概率，显著地提高了采掘工作的安全性。附图说明图1为本发明的回采工作面采空区底板网格图；图2为本发明的回采工作面采空区底板等值线图；图3为本发明的回采工作面采空区底板等值线图的采空区积水区域的局部图；图4为本发明的回采工作面采空区底板等值线图的鞍部区域的局部图；图5为本发明的回采工作面采空区底板三维曲面图；图6为本发明的在采空区积水区域插入积水水平面后的回采工作面采空区底板三维曲面图；图7和图8为sufer软件的操作界面截图。具体实施方式本发明提出一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，包括以下步骤：s1、建立x-y-z三维直角坐标系，其中z轴平行于铅垂线方向，x轴和y轴所在水平面为高程基，且y轴方向平行于工作面宽度方向；在工作面回采过程中，沿倾向在工作面底板上选取多个观测点，观测并记录每个观测点坐标，其中每个观测点的z轴坐标值为该观测点的高程；所述步骤s1中观测并记录每个观测点坐标的方法是：工作面回采过程中，沿x轴每间隔50m，以工作面顺槽导线点为基准，利用全站仪建站观测多个观测点，其中多个观测点沿y向间隔30m布置，得到一组工作面底板坐标和高程数据。利用相同方法进行重复观测，直至工作面回采完成。本实施例观测并记录的部分数据如表1所示；表1xyz100001042.931000301042.771000601042.571000901042.3210001201042.3810001501042.5210001801042.5510002101042.6110002401042.6610002701042.6310003001042.6895001041.98950301041.93………502701027.46503001027.64001027.190301027.10601026.750901026.801201026.6801501026.8201801026.9202101026.9702401026.9202701026.8303001026.78保存观测点坐标的文件格式为csv。s2、将表1中的多个观测点坐标数据，导入至sufer软件生成如图1的回采工作面采空区底板网格图，回采工作面采空区底板网格图文件的后缀名为grd。s3、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成如图2的回采工作面采空区底板等值线图。s4、从等值线图中判定得到如图3的方框区域内所示的采空区积水区域；采空区积水区域的等高线均为闭合圈状，由中心向外依次环绕布置，且多个闭合等高线的高程，由中心向外逐个升高；s5、在采空区积水区域中判定得到如图4的方框区域内所示的鞍部区域；所述鞍部区域是图4中箭头所指的采空区积水区域最外圈的闭合等高线凸侧与相邻高地区域等高线凸侧之间的空白部分；所述采空区积水区域最外圈的闭合等高线的高程即为积水面的高程；采空区封闭后，各工作面以煤柱为分界线，构成一个相对独立的空间，当采空区积水区域水位上升，积水将最先从鞍部区域溢出。s6、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成如图5回采工作面采空区底板三维曲面图；在回采工作面采空区底板三维曲面图中，在采空区积水区域，以最外圈的闭合等高线的高程为z值插入一个积水水平面，如图6所示，划定出采空区积水的位置和范围；同时可以形象直观的反映积水状况。s7、通过sufer软件，进入图7和图8的操作界面，计算出采空区积水区域的采空区底板三维曲面图与积水水平面围成的封闭空间的填充体积；由于采空区顶板跨落后，采空区的空间大都被破碎的岩石所充填，充水系数一般为0.2—0.3，因此，计算得出的填充体积与充水系数以及水的比重三者的乘积即为采空区积水区域的实际积水量。s8、将生成的等值线图作为底图，按相同坐标系叠加到矿井采掘工程平面图中，然后将积水区的位置、积水面积、积水高程和积水量数据填绘在矿井采掘工程平面图上，用于指导生产工作。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于包括以下步骤：
s1、建立x-y-z三维直角坐标系，其中z轴平行于铅垂线方向，x轴和y轴所在水平面为高程基面；工作面回采过程中，沿倾向在工作面底板上选取多个观测点，观测并记录每个观测点坐标，其中每个观测点的z轴坐标值为该观测点的高程；
s2、将多个观测点坐标数据，导入至三维图形软件生成回采工作面采空区底板网格图；
s3、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成回采工作面采空区底板等值线图；
s4、从等值线图中判定得到采空区积水区域，采空区积水区域的等高线均为闭合圈状，由中心向外依次环绕布置，且多个闭合等高线的高程，由中心向外逐个升高；
s5、在采空区积水区域中判定得到鞍部区域，所述鞍部区域是采空区积水区域最外圈的闭合等高线凸侧与相邻高地区域等高线凸侧之间的空白部分；所述采空区积水区域最外圈的闭合等高线的高程即为积水面的高程。
2.根据权利要求1所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于：所述步骤s1中y轴方向平行于工作面宽度方向。
3.根据权利要求2所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于，所述步骤s1中观测并记录每个观测点坐标的方法是：工作面回采过程中，沿x轴每间隔一定距离，以工作面顺槽导线点为基准，利用全站仪建站观测沿y向间隔布置的多个观测点，得到一组工作面底板坐标和高程数据。
4.根据权利要求3所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于：
相邻两组观测点沿x轴方向的间隔不大于50m；
一组工作面底板坐标和高程数据的多个观测点沿y向的间隔不大于30m。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于还包括：
s6、通过回采工作面采空区底板网格图，在三维图形软件中生成回采工作面采空区底板三维曲面图；在回采工作面采空区底板三维曲面图中，在采空区积水区域，以最外圈的闭合等高线的高程为z值插入一个积水水平面，划定出采空区积水的位置和范围。
6.根据权利要求5所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于还包括：
s7、计算出采空区积水区域的采空区底板三维曲面图与积水水平面围成的封闭空间的填充体积。
7.根据权利要求6所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于还包括：
s8、将生成的等值线图作为底图，按相同坐标系叠加到矿井采掘工程平面图中，然后将积水区的位置、积水面积、积水高程和积水量数据填绘在矿井采掘工程平面图上。
8.根据权利要求1所述的长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，其特征在于：所述三维图形软件是sufer。
技术总结本发明提出一种长壁综采工作面采空区积水区域的预测方法，包括以下步骤：S1、工作面回采过程中，沿倾向在工作面底板上选取多个观测点，观测并记录每个观测点坐标；S2、将多个观测点坐标数据，导入至三维图形软件生成回采工作面采空区底板网格图；S3、在三维图形软件中生成回采工作面采空区底板等值线图；S4、从等值线图中判定得到采空区积水区域，采空区积水区域的等高线均为闭合圈状，由中心向外依次环绕布置，高程由中心向外逐个升高；S5、在采空区积水区域中判定得到鞍部区域；采空区积水区域最外圈的闭合等高线的高程即为积水面的高程。本发明能够准确预测工作面采空区积水的位置和范围，以便于对上部采空区积水提前疏放，提高采掘安全性。
技术研发人员：张博龙;姜万明;姚纪凯;潘建国;韩鑫儒;李文;叶一飞;李治龙
受保护的技术使用者：陕西有色榆林煤业有限公司
技术研发日：2020.01.10
技术公布日：2020.06.05
