一．立项背景

1、随着我矿上组煤的不断开采，资源量不断萎缩，双柳煤矿二采区工作面仅剩23(4)09工作面未形成系统，严重影响二采区工作面采掘接续，为此施工23(4)09工作面巷道迫在眉睫。而23(4)09材巷密闭时间较长，且运巷闭墙外侧有水流出，说明该区域巷道长时间受邻近采空区积水影响已充满巷道，为使23(4)09材巷开闭后处于全风压状态，消除该区域的水害威胁，急需对该区域积水进行有效疏放。

2、常规性的测定采空区积水流量往往采用水表读数法、流速仪法、水泵功率法、容积法等方法，而以上方法往往因孔内小煤块儿卡死流量表(水表读数法)、出水口面积计算不准确(流速仪法)、生产工业用水与钻孔放水量混淆(水泵功率法)、水流速度快人为卡表不准确(容积法)等问题造成测定的放水量与实际存在一定偏差，如何寻找一种更有效的计算方法来准确预计放水量是本次立项的重要意义。

3、原有的积水量估算公式比较单一，未考虑补给量，与实际存在误差，通过对放水数据加权平均后为积水量估算寻找一个比较可靠的经验值是本次立项的又一重要意义。

4、根据放水量曲线变化预计水量排空时间，从而掌握积水量和放水时间的关系，是本次立项的又一重要意义。 

二、详细技术内容

1、积水量估算

为不影响23(4)09材巷、运巷正常掘进，本次在23(4)11材巷650m处东侧帮先施工1个钻孔，待钻孔施工完毕后进行水压测定，通过水压确定积水标高后再圈定积水范围，从而计算该区域积水量，根据积水量在巷道低洼处布置钻孔进行疏放。巷道积水量按下式进行估算：

式中：Q—巷道积水量，m3；K—充水系数，巷道内取0.3(根据其它矿井的经验值)；M—巷道煤层平均厚度，取3m；F—巷道积水区的水平投影面积，取89161m²；—煤层倾角，取5.5°。

经以上计算，预计采空积水约80616m³。

 2、成果分析

从2019年8月施工放水孔开始放水至2020年9月累计疏放水量约10万m³。通过近一年多的放水掌握了该区域采空区积水放水规律，具体如下：

（1）根据水泵功率法统计该区域累计放水约12万m³（开泵天数420d*开泵时间4.8h*水泵额定流量60m³/h），根据水表读数法和容积法统计该区域累计放水约8万m³，两种方法加权平均后该区域总放水量10万m³。

（2）23(4)09运巷和23(4)09施工巷贯通后，受大气压力影响，23(4)11材巷疏放水钻孔在一个月内有短暂升高现象。

3、需要解决的问题

通过分析对该区域的放水资料，发现本次放水曲线基本上是一个抛物线组成的（见附图），即水量从开始疏放一直降到最低，因此需要求出在这一变化段的疏放水量。

4、解决办法

定积分的几何意义就是求函数f(x)在区间﹝a,b﹞中曲线下包围的面积。即y=0，x=a,x=b,y= f(x)所围成图形的面积。

根据定积分含义可知，要想求出放水期间疏放水量多少，则需求出抛物线与X轴所围成的面积。(为了简化计算过程，将抛物线转化成了标准抛物线方程，-30、390代表放水开始和结束时间总共420天，888代表放水前后单位时间内每天最高涌水量)

步骤一：根据抛物线的二点式f(x)=a（X-h）²+k求出抛物线的解析式f(x)=-0.0138X²+37*24

步骤二：将f(x)=-0.0138X²+37*24带入定积分公式得

=（-*0.0138*X³+37*24 *X）=h=99968.4m³。

所以该区域疏放总水量99968.4m³。

5、测定充水系数

根据定积分方法计算的该区域总放水量99968.4m³，与水泵功率法和容积法统计数值加权平均后总放水量10万m³相近，因此可作为反算充水系数的重要依据，具体如下：

经计算该区域巷道充水系数K≈0.37，可作为采空区积水充水系数计算的经验值。

三、主要创新点

1. 先在积水区施工一个放水孔，通过测定水位标高后估算出积水面积，从而根据积水量计算公式计算出该区域的积水量。

2. 总结分析该区域放水成果资料，利用定积分方法反推放水时间和放水量的关系，对放水工作可以提前预判。

3. 重新核定了我矿采空区积水的充水系数K≈0.37，可作为我矿其余采空区积水充水系数计算的经验值。

4. 23(4)09运巷和23(4)09施工巷贯通后局部采空区联通，受大气压力影响，23(4)11材巷的疏放水钻孔在一个月内有短暂升高现象。

    

   四、社会、经济效益

   1、先在积水区施工一个放水孔，通过测定水位标高后估算出积水面积，从而根据积水量计算公式计算出该区域的积水量，利用该方法避免了盲目施工钻孔，提高了放水质量。

   2、利用定积分方法反推放水时间和放水量的关系，能有针对性的进行放水，对放水工作有着很高的指导意义。

   3、重新核定了我矿采空区积水的充水系数K≈0.37，可作为我矿其余采空区积水充水系数计算的经验值。

   综上所述，以上方法不仅节约了了放水成本，而且提高了采空区积水的预测水平，因此其社会、经济效益非常高。

    

   五、推广应用情况及前景

   该成果试验，可提前规划放水方案，使放水方案更加合理、有针对性，为煤矿防治水工作提供了技术支撑，提高煤矿防治水工作技术水平。因此，其应用前景十分广阔，该研究技术方法及成果可推广到本矿井或其他同类矿井。