一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法技术

本发明专利技术涉及水文地质工程地质环境工程领域与采矿工程有一定的交叉，尤其涉及一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，包括如下步骤：先预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区；再对预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法；再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深、埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深和煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响，以及煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量；再将潜水位埋深变化区域分为适生类、高水位类和低水位类；再对潜水位埋深变化区域不同的分类采取不同的保水采煤方法；煤炭每开采一年，重复步骤五到八。

【技术实现步骤摘要】
一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法
本专利技术涉及水文地质工程地质环境工程领域与采矿工程有一定的交叉，尤其涉及一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法。
技术介绍
我国西北地区煤炭储量丰富、埋藏浅、煤质优越，但水资源整体匮乏、生态环境脆弱，煤炭开采造成水资源流失，生态环境退化，因此需要合理开采煤炭资源的同时保障生态环境不受显著的影响。目前，保水采煤的方法有多种，总的说来有保水位和保水量两大类，保水位的典型方法有：基于采动上行裂隙(导水裂隙带)和下行裂隙发育规律的潜水位控制的保水采煤方法；保水量的典型方法有：地下水水库储水供水的保水采煤方法。保水量是不论采煤是否造成地下水进入采煤矿井，合理复用进入矿井水灌溉采煤影响区使得整个区域的水资源量减少有限甚至增加，来达到保水采煤的目的。保水位是以保护生态适生潜水位为目的，牺牲煤炭资源开发效率和回收率，采用降低煤炭开采高度或特殊的采煤方法来控制采煤引起的导水裂隙带不发育到潜水含水层。目前，保水采煤方法存在以下主要问题：1)保水量的保水采煤方法，虽然灌溉会提高浅部土壤含水量，可以使得草本类植被生长不受根本性的影响，但乔木类等水量需求比较大，即时灌溉也会造成植被不可逆退化，该方法生态环境保护效果有限。2)保水量的保水采煤方法，是先污染后治理的方法，虽然地下水进入矿井后经过处理水质可以达到标准，但是水质还是有明显的变化，如矿化度、pH值等，长期、大规模的使用处理后的矿井水来灌溉、绿化会造成土壤质地变化、造成区域水环境变化，对生态长期影响不可忽略。3)保水位的保水采煤方法，目前只关注煤炭开采造成的导水裂隙带是否发育到潜水含水层，若沟通则认为潜水位消失，反之认为保水位成功。但实际上，造成潜水含水层水位变化的不仅仅是采煤伴生的裂隙场，还有采煤伴生的岩土层沉降、潜水层越流及区域地下水的水均衡变化，因此目前的保水位的保水采煤方法是不准确的。4)保水位的保水采煤方法，虽然保住了水位，但有时候会造成区域可利用水资源量的下降，如采用保水位的保水采煤方法没有大量潜水进入矿井，但潜水层下面的隔水层整体向下沉降，造成潜水埋深降低，潜水的蒸发量增加，变成无效的水资源，进而对区域的人类活动和生态旱季灌溉有所限制。5)保水位的保水采煤方法，为了保住水位会对每个区域的煤炭开采厚度和方法进行大量的限定，这使得很多煤炭资源无法充分开采或开采成本提高，虽然保护了水资源和环境，但煤炭资源牺牲太大。6)现有保水位的保水采煤方法中，对导水裂隙带发育高度的预测只使用煤炭采厚一个影响因素(这是由于该方法为了通过保护层厚度留设来抵消越流产生的影响，进而方便计算才等效导水裂隙发育高度只与主要影响因素煤炭采厚一个因素相关)，但实际上导水裂隙带发育高度影响因素较多，不能准确的预测导水裂隙带发育高度使得现有的保水采煤分区保水时有模糊区或者过渡区存在，用该类保水位的保水采煤方法只能偏于保守而牺牲水资源或者煤炭资源。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，该方法简单易实施、对潜水位埋深的预测更准确、使得煤炭开采与生态保护相匹配，在保护生态环境的同时，最大可能开发煤炭资源，防止煤炭资源无法开采造成的浪费一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，包括如下步骤：步骤一，煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区，预测出潜水位消失区和潜水位埋深变化区的位置；步骤二，再对步骤一预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法；步骤三，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h1；步骤四，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响△h2；步骤五，再预测煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响△h3；步骤六，再测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量△h，△h＝△h1+△h2+△h3；步骤七，再对潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类，具体分为适生类、高水位类和低水位类；步骤八，再对潜水位埋深变化区域不同的分类采取不同的保水采煤方法；步骤九，煤炭每开采一年，重复步骤五到八。所述步骤一中，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区时，首先，建立煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)；式中，Hd为裂隙场发育高度；M为煤层开采厚度；a为煤层上覆松散层厚度；c为煤层上覆基岩厚度；Hd、M、a、c的单位均为米；然后，利用煤层开采裂隙场发育高度预测模型对矿区所有钻孔进行煤层全厚综采时的裂隙场发育高度Hd进行预测；最后，判断裂隙场发育高度Hd是否大于煤层到潜水含水层的距离z，若Hd≥z则为潜水位消失区，否则为潜水位埋深变化区。所述煤层开采厚度M、煤层上覆松散层厚度a和煤层上覆基岩厚度c均通过钻孔探测获取，煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)通过实测及模拟数据采用多元统计分析获得。所述步骤三中，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h1＝M×η，其中，M为煤层开采厚度，η为最大下沉系数，无量纲，取0.5～0.8。所述步骤四中，所述越流由上至下依次分为潜水层、弱透水层和下伏含水层，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响其中，R＝rw+R0，rw＝l/2π，式中，△h2单位为m；Q1是下伏含水层的矿井涌水量，单位为m3/d；Q0为已经开采下伏含水层的矿井涌水量，单位为m3/d；F0、S0分别为产生该涌水量对应煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m2和m；F1和S1分别是对应的要预测的矿井涌水量Q1的煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m2和m；T1是潜水层的导水系数；T3是下伏含水层的导水系数，T1和T3的单位均为m2/d；R为潜水层的开采引用影响半径，单位为m；l为采煤工作面周长，单位为m；R0为潜水的抽水试验影响半径，单位为m；K0(x)为零阶第二类虚宗量Bessel函数；B为越流因素，单位为m；K2是弱透水层的渗透系数，单位为m/d；M2是弱透水层的厚度，单位为m；r为距离抽水井距离，单位为m，r取工作面走向长的一半。所述步骤五中，所述水均衡区域为潜水位埋深变化区，煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响其中，ΔW＝W1+W2+W3-W4-W5-W6+N，W1＝αFh，W2＝v×X，W3＝Y×F，W5＝Egb×F，式中，△h3单位为m；μ为潜水含水层的给水度，无量纲，取0.1～0.3；△W为1年水均衡值，单位为m3；W1为均衡区大气降水1年入渗补给量，单位为m3；α为该地区大气降水入渗系数，无量纲，取0.1～0.3；F为水均衡区面积，单位为m2；h为1年降雨量，单位为m；W2为水均衡区域接受邻区地下水年补给量，单位为m3；v为潜水的一年径流长度，单位为m；X为过水断面，单位为m2；W3为水均衡区凝结水年补给量，单位为m3；Y为单位面积凝结水一年补给强度，单位为m3/m2；W4为水均衡区域地下水一年产流量，m3；W5为水均衡区域地下水年蒸发量，单位为m3；Egb为潜水一年蒸发水头高度，单位为m；其中E0为该地区气象条件下地表一年水面蒸发水头高度，单位为m；H为潜水位现在的埋深，单位为m；H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区，预测出潜水位消失区和潜水位埋深变化区的位置；步骤二，再对步骤一预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法；步骤三，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h

【技术特征摘要】
1.一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区，预测出潜水位消失区和潜水位埋深变化区的位置；步骤二，再对步骤一预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法；步骤三，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h1；步骤四，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响△h2；步骤五，再预测煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响△h3；步骤六，再测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量△h，△h＝△h1+△h2+△h3；步骤七，再对潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类，具体分为适生类、高水位类和低水位类；步骤八，再对潜水位埋深变化区域不同的分类采取不同的保水采煤方法；步骤九，煤炭每开采一年，重复步骤五到八。2.根据权利要求1所述的一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，所述步骤一中，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区时，首先，建立煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)；式中，Hd为裂隙场发育高度；M为煤层开采厚度；a为煤层上覆松散层厚度；c为煤层上覆基岩厚度；Hd、M、a、c的单位均为米；然后，利用煤层开采裂隙场发育高度预测模型对矿区所有钻孔进行煤层全厚综采时的裂隙场发育高度Hd进行预测；最后，判断裂隙场发育高度Hd是否大于煤层到潜水含水层的距离z，若Hd≥z则为潜水位消失区，否则为潜水位埋深变化区。3.根据权利要求2所述的一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，所述煤层开采厚度M、煤层上覆松散层厚度a和煤层上覆基岩厚度c均通过钻孔探测获取，煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)通过实测及模拟数据采用多元统计分析获得。4.根据权利要求2所述的一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，所述步骤三中，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h1＝M×η，其中，M为煤层开采厚度，η为最大下沉系数，无量纲，取0.5～0.8。5.根据权利要求4所述的一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，所述步骤四中，所述越流由上至下依次分为潜水层、弱透水层和下伏含水层，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响其中，R＝rw+R0，rw＝l/2π，式中，△h2单位为m；Q1是下伏含水层的矿井涌水量，单位为m3/d；Q0为已经开采下伏含水层的矿井涌水量，单位为m3/d；F0、S0分别为产生该涌水量对应煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m2和m；F1和S1分别是对应的要预测的矿井涌水量Q1的煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m2和m；T1是潜水层的导水系数；T3是下伏含水层的导水系数，T1和T3的单位均为m2/d；R为潜水层的开采引用影响半径，单位为m；l为采煤工作面周长，单位为m；R0为潜水的抽水试验影响半径，单位为m；K0(x)为零阶第二类虚宗量Bessel函数；B为越流因素，单位为m；K2是弱透水层的渗透系数，单位为m/d；M2是弱透水层的厚度，单位为m；r为距离抽水井距离，单位为m，r取工作面走向长的一半。6.根据权利要求5所述的一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，其特征在于，所述步骤五中，所述水均衡区域为潜水位埋深变化区，煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响其中，ΔW＝W1+W2+W...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立民，
申请(专利权)人：陕西省地质环境监测总站，
类型：发明
国别省市：陕西,61