一．立項(xiàng)背景

1、隨著我礦上組煤的不斷開采，資源量不斷萎縮，雙柳煤礦二采區(qū)工作面僅剩23(4)09工作面未形成系統(tǒng)，嚴(yán)重影響二采區(qū)工作面采掘接續(xù)，為此施工23(4)09工作面巷道迫在眉睫。而23(4)09材巷密閉時(shí)間較長(zhǎng)，且運(yùn)巷閉墻外側(cè)有水流出，說(shuō)明該區(qū)域巷道長(zhǎng)時(shí)間受鄰近采空區(qū)積水影響已充滿巷道，為使23(4)09材巷開閉后處于全風(fēng)壓狀態(tài)，消除該區(qū)域的水害威脅，急需對(duì)該區(qū)域積水進(jìn)行有效疏放。

2、常規(guī)性的測(cè)定采空區(qū)積水流量往往采用水表讀數(shù)法、流速儀法、水泵功率法、容積法等方法，而以上方法往往因孔內(nèi)小煤塊兒卡死流量表(水表讀數(shù)法)、出水口面積計(jì)算不準(zhǔn)確(流速儀法)、生產(chǎn)工業(yè)用水與鉆孔放水量混淆(水泵功率法)、水流速度快人為卡表不準(zhǔn)確(容積法)等問(wèn)題造成測(cè)定的放水量與實(shí)際存在一定偏差，如何尋找一種更有效的計(jì)算方法來(lái)準(zhǔn)確預(yù)計(jì)放水量是本次立項(xiàng)的重要意義。

3、原有的積水量估算公式比較單一，未考慮補(bǔ)給量，與實(shí)際存在誤差，通過(guò)對(duì)放水?dāng)?shù)據(jù)加權(quán)平均后為積水量估算尋找一個(gè)比較可靠的經(jīng)驗(yàn)值是本次立項(xiàng)的又一重要意義。

4、根據(jù)放水量曲線變化預(yù)計(jì)水量排空時(shí)間，從而掌握積水量和放水時(shí)間的關(guān)系，是本次立項(xiàng)的又一重要意義。 

二、詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

1、積水量估算

為不影響23(4)09材巷、運(yùn)巷正常掘進(jìn)，本次在23(4)11材巷650m處東側(cè)幫先施工1個(gè)鉆孔，待鉆孔施工完畢后進(jìn)行水壓測(cè)定，通過(guò)水壓確定積水標(biāo)高后再圈定積水范圍，從而計(jì)算該區(qū)域積水量，根據(jù)積水量在巷道低洼處布置鉆孔進(jìn)行疏放。巷道積水量按下式進(jìn)行估算：

式中：Q—巷道積水量，m3；K—充水系數(shù)，巷道內(nèi)取0.3(根據(jù)其它礦井的經(jīng)驗(yàn)值)；M—巷道煤層平均厚度，取3m；F—巷道積水區(qū)的水平投影面積，取89161m²；—煤層傾角，取5.5°。

經(jīng)以上計(jì)算，預(yù)計(jì)采空積水約80616m³。

 2、成果分析

從2019年8月施工放水孔開始放水至2020年9月累計(jì)疏放水量約10萬(wàn)m³。通過(guò)近一年多的放水掌握了該區(qū)域采空區(qū)積水放水規(guī)律，具體如下：

（1）根據(jù)水泵功率法統(tǒng)計(jì)該區(qū)域累計(jì)放水約12萬(wàn)m³（開泵天數(shù)420d*開泵時(shí)間4.8h*水泵額定流量60m³/h），根據(jù)水表讀數(shù)法和容積法統(tǒng)計(jì)該區(qū)域累計(jì)放水約8萬(wàn)m³，兩種方法加權(quán)平均后該區(qū)域總放水量10萬(wàn)m³。

（2）23(4)09運(yùn)巷和23(4)09施工巷貫通后，受大氣壓力影響，23(4)11材巷疏放水鉆孔在一個(gè)月內(nèi)有短暫升高現(xiàn)象。

3、需要解決的問(wèn)題

通過(guò)分析對(duì)該區(qū)域的放水資料，發(fā)現(xiàn)本次放水曲線基本上是一個(gè)拋物線組成的（見附圖），即水量從開始疏放一直降到最低，因此需要求出在這一變化段的疏放水量。

4、解決辦法

定積分的幾何意義就是求函數(shù)f(x)在區(qū)間﹝a,b﹞中曲線下包圍的面積。即y=0，x=a,x=b,y= f(x)所圍成圖形的面積。

根據(jù)定積分含義可知，要想求出放水期間疏放水量多少，則需求出拋物線與X軸所圍成的面積。(為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，將拋物線轉(zhuǎn)化成了標(biāo)準(zhǔn)拋物線方程，-30、390代表放水開始和結(jié)束時(shí)間總共420天，888代表放水前后單位時(shí)間內(nèi)每天最高涌水量)

步驟一：根據(jù)拋物線的二點(diǎn)式f(x)=a（X-h）²+k求出拋物線的解析式f(x)=-0.0138X²+37*24

步驟二：將f(x)=-0.0138X²+37*24帶入定積分公式得

=（-*0.0138*X³+37*24 *X）=h=99968.4m³。

所以該區(qū)域疏放總水量99968.4m³。

5、測(cè)定充水系數(shù)

根據(jù)定積分方法計(jì)算的該區(qū)域總放水量99968.4m³，與水泵功率法和容積法統(tǒng)計(jì)數(shù)值加權(quán)平均后總放水量10萬(wàn)m³相近，因此可作為反算充水系數(shù)的重要依據(jù)，具體如下：

經(jīng)計(jì)算該區(qū)域巷道充水系數(shù)K≈0.37，可作為采空區(qū)積水充水系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)值。

三、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1. 先在積水區(qū)施工一個(gè)放水孔，通過(guò)測(cè)定水位標(biāo)高后估算出積水面積，從而根據(jù)積水量計(jì)算公式計(jì)算出該區(qū)域的積水量。

2. 總結(jié)分析該區(qū)域放水成果資料，利用定積分方法反推放水時(shí)間和放水量的關(guān)系，對(duì)放水工作可以提前預(yù)判。

3. 重新核定了我礦采空區(qū)積水的充水系數(shù)K≈0.37，可作為我礦其余采空區(qū)積水充水系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)值。

4. 23(4)09運(yùn)巷和23(4)09施工巷貫通后局部采空區(qū)聯(lián)通，受大氣壓力影響，23(4)11材巷的疏放水鉆孔在一個(gè)月內(nèi)有短暫升高現(xiàn)象。

    

   四、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益

   1、先在積水區(qū)施工一個(gè)放水孔，通過(guò)測(cè)定水位標(biāo)高后估算出積水面積，從而根據(jù)積水量計(jì)算公式計(jì)算出該區(qū)域的積水量，利用該方法避免了盲目施工鉆孔，提高了放水質(zhì)量。

   2、利用定積分方法反推放水時(shí)間和放水量的關(guān)系，能有針對(duì)性的進(jìn)行放水，對(duì)放水工作有著很高的指導(dǎo)意義。

   3、重新核定了我礦采空區(qū)積水的充水系數(shù)K≈0.37，可作為我礦其余采空區(qū)積水充水系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)值。

   綜上所述，以上方法不僅節(jié)約了了放水成本，而且提高了采空區(qū)積水的預(yù)測(cè)水平，因此其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益非常高。

    

   五、推廣應(yīng)用情況及前景

   該成果試驗(yàn)，可提前規(guī)劃放水方案，使放水方案更加合理、有針對(duì)性，為煤礦防治水工作提供了技術(shù)支撐，提高煤礦防治水工作技術(shù)水平。因此，其應(yīng)用前景十分廣闊，該研究技術(shù)方法及成果可推廣到本礦井或其他同類礦井。