浅埋煤层沟道裂缝溃水量预测实验与数学模型

浅埋煤层地区的煤炭开采面临着众多水害问题，特别是在地表剥蚀严重的沟谷区域，采动引发的地表裂缝溃水成为一项严重的威胁。然而，由于实际获取的矿井地表沟道裂缝溃水数据量少且难以精确测量，这使得对裂缝溃水现象及其影响因素的理解存在局限。为了解决这一难题，研究人员侯恩科等人在西安科技大学地质与环境学院和陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室设计并构建了一个地表沟道裂缝溃水实验平台。这个平台旨在控制和调节影响裂缝溃水量的关键因素，如水流流量、裂缝缝宽和坡降，从而观察这些因素对溃水量的具体影响。 通过实验数据分析，研究发现沟道裂缝溃水量与裂缝宽度呈现出线性正相关关系，即裂缝越大，溃水量通常也越多。同时，沟道水流流量与溃水量的关系呈现为1/2幂指数关系，这意味着水流流量增加到一定程度后，其对溃水量的影响会更为显著。另外，沟道坡降对溃水量的影响则表现为与坡降倒数的对数关系，坡降越陡峭，地表水的流动速度加快，可能导致更大的溃水量。 基于这些实验结果，研究团队建立了一个数学模型，将单宽渠道单条裂缝的溃水量与裂缝宽度、水流流量和沟道坡降联系起来，进而推导出了一种计算实际地表沟道采动裂缝溃水量的方法。这个计算公式为矿井地表沟道裂缝溃水量的预测提供了一种科学的工具，对于预防和控制浅埋煤层的采动地表裂缝溃水灾害具有重要的实践意义。 总结来说，这项研究通过实验与理论分析，揭示了地表沟道裂缝溃水量与关键影响因素的定量关系，并发展出预测公式，有助于提升浅埋煤层矿井水害防治的科学性和准确性，对于保障煤炭开采安全和减少水资源损失具有积极的推动作用。