基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，包括：A.物探探查富水异常区；B.钻探验证富水异常区：C.设计疏放可行性放水试验：D.进行放水试验，完成数据收集：E.分析放水试验成果：F.综合评价含水层疏降可行性。该发明专利技术确定了主要充水含水层富水异常区范围，为钻探工程布置提供了参考依据，提高了钻探探水准确性和效率。能够获取更直接的数据准确的评价含水层疏降可行性，同时能有效预测含水层疏降量和疏降时间。可以计算疏降过程中各时段观测孔的突水系数，绘制突水系数等值线图，分析各时段疏降后安全范围变化，并结合水文地质参数、矿井排水能力、疏降时间、疏降量等综合评价含水层的疏降可行性。

Feasibility Analysis Method of Aquifer Drainage Based on Hydrological Exploration and Drainage Test

The invention discloses an aquifer drainage feasibility analysis method based on hydrological exploration and drainage test, which includes: A. geophysical exploration for water-rich anomaly area; B. drilling verification for water-rich anomaly area; C. design drainage feasibility drainage test; D. conduct drainage test, complete data collection; E. analysis of drainage test results; F. comprehensive evaluation of aquifer drainage feasibility. The invention determines the range of abnormal water-rich zones in main water-filled aquifers, provides a reference basis for drilling engineering layout, and improves the accuracy and efficiency of drilling water. It can obtain more direct data to accurately evaluate the feasibility of aquifer dredging, and can effectively predict the amount and time of aquifer dredging. It can calculate the water inrush coefficient of observation holes in each period of dredging process, draw the contour map of water inrush coefficient, analyze the change of safety range after dredging in each period, and synthetically evaluate the feasibility of aquifer dredging with hydrogeological parameters, mine drainage capacity, dredging time and dredging volume.

【技术实现步骤摘要】
基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法
本专利技术涉及一种煤矿水害防治技术，尤其是一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法。
技术介绍
煤矿水害防治工作是煤矿安全生产工作的重中之重。针对煤层底板水害防治问题，主要采用煤层底板含水层注浆改造技术对煤层底板突水可能性大的区域进行注浆改造，或利用煤层底板含水层疏水降压技术对危险区域进行疏水降压。上述这些措施的使用，最大限度地避免了水害事故的发生，实现了安全开采。其中疏水降压技术是通过对煤层底板有突水危险的承压含水层进行钻探疏放，使得承压含水层水位下降到安全水位以下，实现底板隔水层水压下降到安全水压以下。在对含水层采用疏水降压之前需要对含水层疏降可行性进行评价，目前常用评价方法是通过钻孔单孔涌水量和钻孔获取的水文地质参数定性评价疏降可行性，但评价结果可信度较差，尤其是不能反应多大的疏降量和多久的疏降时间才能达到疏降目的。中国专利申请CN105260537A公开了一种裂隙型含水层富水性分析方法及工作面涌水量预计方法，富水性分析方法包括：从井田的所有地质钻孔柱状图的相关信息中提取与每个钻孔相关的开孔坐标、相邻于裂隙型含水层的煤层的煤层厚度等关键信息，利用所提取的关键信息针对每个钻孔计算裂隙型含水层的富水性指数，利用每个钻孔的开孔坐标以及相对应的富水性指数绘制富水性等值线图，然后利用井田的采掘工程平面图以及所绘制的富水性等值线图来分析井田的各个待开采工作面处裂隙型含水层的富水性。同时还公开了工作面涌水量预计方法。该专利申请通过从地质钻孔提取开孔坐标、煤层厚度等关键信息针对砂岩裂隙含水层富水性进行预测，具有一定的实践意义，但该专利申请仅仅是考虑基础钻孔资料评价富水性，采用的资料和方法单一局限，没有考虑物探、放水试验等综合分析方法，同时该专利申请不能用于评价含水层疏降可行性，不能对含水层疏降时间和疏降量进行预测。中国专利申请CN106968707A公开了一种煤层为主含水层矿井的水害防治设计方法，通过判断工作面排水系统排水量，是否存在工作面局部向斜，是否存在工作面顶板冲刷带和相邻采空区，从而进行工作面的排水能力核算与保障和超前疏放采空区积水。该专利申请主要是针对工作面排水能力进行评价，并非针对矿井主要充水含水层疏降可行性进行分析，不能有效预测矿井充水含水层的疏降时间和疏降量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，通过物探钻探等方式，实现含水层疏放可行性的定量评价。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，包括以下步骤：A.物探探查富水异常区：通过多种物探探查手段，综合确定含水层富水异常区；B.钻探验证富水异常区：通过钻探手段对物探探查的富水性异常区进行钻探验证；C.设计疏放可行性放水试验：结合物探、钻探成果，为了评价含水层疏放可行性选择特定放水孔及观测孔，设计特有的放水和观测方式；D.进行放水试验，完成数据收集：在放水试验期间进行水位观测及水质取样相关工作；E.分析放水试验成果：分析放水试验成果，获取水文地质参数，确定疏放含水层与其他含水层的水利联系；F.综合评价含水层疏降可行性：计算含水层疏降到安全水压所需要的时间以及疏水量，并结合已获取的水文地质参数，综合分析评价含水层疏降可行性。所述步骤A中物探探查确定富水异常区具体包括：通过三维高密度电法、瞬变电磁技术和音频电透视技术探查手段对含水层富水异常区探查，分析各手段成果，综合确定含水层富水异常区；a)利用瞬变电磁技术对工作范围内含水异常体或含水构造体进行探测，圈定含水赋集区域范围；b)采用矿井音频电透视技术探查工作区域内岩层赋水性异常的位置、范围及相对强弱；c)结合所有富水性探查物探成果，综合确定含水层富水异常区。所述步骤B中钻探验证富水异常区具体包括：a)结合含水层富水异常区，合理布置钻探探查孔，对富水异常区加密布置，非富水异常区适当减少钻孔布置，确保获取整个研究区富水性探查单孔涌水量数据；b)对比分析钻探单孔涌水量结果与物探富水异常区范围，综合评价含水层富水性、导水性、补给强弱，为后续疏放可行性放水试验设计提供依据。所述步骤C中设计疏放可行性放水试验具体包括：a)结合步骤B中成果和探查孔单孔涌水量数据，合理选择放水孔，在不超过矿井最大排水能力的前提下，选择单孔涌水量较大的探查孔作为放水孔，以最大的放水量进行放水试验，获得整个含水层以最大放水量进行放水的疏降效果；b)为了防止放水集中使得工作面疏降不均匀造成含水层不能在整个研究区疏降到安全水位以下，专门在研究区的两端和中部同时布置放水孔，在一端放水的同时其他放水孔备用；c)为了达到更好的疏降效果，设计专门的放水顺序和放水量调整方式：前期为了获取含水层水文地质参数先在北端打开放水孔进行三个落程的放水，三个落程放水量由小到大进行；当三个落程放水稳定时以最大放水量打开研究区中部的备用放水孔，当放水稳定时继续以最大放水量打开南部的备用放水孔，这样在研究区不同区域以最大放水量进行疏放，分析疏降效果确定含水层疏降可行性。所述步骤D进行放水试验，完成数据收集具体包括：a)在放水试验各个阶段详细收集记录放水孔流量及观测孔水压和水位数据；b)在放水试验各个阶段对目的含水层进行水质取样，并进行水质化验分析。所述步骤E分析放水试验成果具体包括：a)绘制放水孔各阶段流量变化曲线和放水孔水位水压变化曲线，分析含水层富水性及补给强弱；b)画出放水孔流量-时间曲线及观测孔水位的降深-时间曲线，利用配线法计算渗透系数和给水度水文地质参数，分析含水层渗透性强弱和储水能力，评价含水层富水性；c)根据各观测孔降深-时间曲线确定疏放含水层与其他含水层之间的水力联系，分析目的含水层补给强弱。所述步骤F综合评价含水层疏降可行性具体包括：a)记录一定放水量时研究区含水层水位疏降到安全水位时所需要的时间；b)计算疏降过程中各时段观测孔的突水系数，绘制突水系数等值线图，分析各时段疏降后安全范围变化；c)根据水文地质参数、矿井排水能力、疏降时间、疏降量及疏降后安全范围综合评价含水层的疏降可行性。本专利技术的有益效果是：(1)通过多种物探探查方法综合分析确定了主要充水含水层富水异常区范围，为钻探工程布置提供了参考依据，提高了钻探探水准确性和效率。(2)在物探和钻探成果的基础上设计放水试验，能够更好的选择放水孔和观测孔位置，并能根据排水能力合理设计放水量、放水阶段，提高了放水试验质量，获得了更准确的水文地质参数，更好的指导水害防治工作。(3)通过在放水试验设计专门的放水孔位置、放水顺序和放水量调整方式，在研究区不同区域以最大放水量进行疏放，能够获取更直接的数据准确的评价含水层疏降可行性，同时能有效预测含水层疏降量和疏降时间。(4)通过专门的放水试验数据，可以计算疏降过程中各时段观测孔的突水系数，绘制突水系数等值线图，分析各时段疏降后安全范围变化，并结合水文地质参数、矿井排水能力、疏降时间、疏降量等综合评价含水层的疏降可行性，有针对性的进行水害防治工作。附图说明图1是十四灰含水层富水异常区分布图；图2是放水试验工程布置图；图3是十四灰含水层水位变化曲线图；图4是奥灰含水层水位变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，其特征是，包括以下步骤：A.物探探查富水异常区：通过多种物探探查手段，综合确定含水层富水异常区；B.钻探验证富水异常区：通过钻探手段对物探探查的富水性异常区进行钻探验证；C.设计疏放可行性放水试验：结合物探、钻探成果，为了评价含水层疏放可行性选择特定放水孔及观测孔，设计特有的放水和观测方式：具体包括：a)结合步骤B中钻探验证数据，合理选择放水孔，在不超过矿井最大排水能力的前提下，选择单孔涌水量较大的探查孔作为放水孔，以最大的放水量进行放水试验，获得整个含水层以最大放水量进行放水的疏降效果；b)为了防止放水集中使得工作面疏降不均匀造成含水层不能在整个研究区疏降到安全水位以下，专门在研究区的两端和中部同时布置放水孔，在一端放水的同时其他放水孔备用；c)为了达到更好的疏降效果，设计专门的放水顺序和放水量调整方式：前期为了获取含水层水文地质参数先在北端打开放水孔进行三个落程的放水，三个落程放水量由小到大进行；当三个落程放水稳定时以最大放水量打开研究区中部的备用放水孔，当放水稳定时继续以最大放水量打开南部的备用放水孔，这样在研究区不同区域以最大放水量进行疏放，分析疏降效果确定含水层疏降可行性；D.进行放水试验，完成数据收集：在放水试验期间进行水位观测及水质取样相关工作；E.分析放水试验成果：分析放水试验成果，获取水文地质参数，确定疏放含水层与其他含水层的水利联系；F.综合评价含水层疏降可行性：计算含水层疏降到安全水压所需要的时间以及疏水量，并结合已获取的水文地质参数，综合分析评价含水层疏降可行性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，其特征是，包括以下步骤：A.物探探查富水异常区：通过多种物探探查手段，综合确定含水层富水异常区；B.钻探验证富水异常区：通过钻探手段对物探探查的富水性异常区进行钻探验证；C.设计疏放可行性放水试验：结合物探、钻探成果，为了评价含水层疏放可行性选择特定放水孔及观测孔，设计特有的放水和观测方式：具体包括：a)结合步骤B中钻探验证数据，合理选择放水孔，在不超过矿井最大排水能力的前提下，选择单孔涌水量较大的探查孔作为放水孔，以最大的放水量进行放水试验，获得整个含水层以最大放水量进行放水的疏降效果；b)为了防止放水集中使得工作面疏降不均匀造成含水层不能在整个研究区疏降到安全水位以下，专门在研究区的两端和中部同时布置放水孔，在一端放水的同时其他放水孔备用；c)为了达到更好的疏降效果，设计专门的放水顺序和放水量调整方式：前期为了获取含水层水文地质参数先在北端打开放水孔进行三个落程的放水，三个落程放水量由小到大进行；当三个落程放水稳定时以最大放水量打开研究区中部的备用放水孔，当放水稳定时继续以最大放水量打开南部的备用放水孔，这样在研究区不同区域以最大放水量进行疏放，分析疏降效果确定含水层疏降可行性；D.进行放水试验，完成数据收集：在放水试验期间进行水位观测及水质取样相关工作；E.分析放水试验成果：分析放水试验成果，获取水文地质参数，确定疏放含水层与其他含水层的水利联系；F.综合评价含水层疏降可行性：计算含水层疏降到安全水压所需要的时间以及疏水量，并结合已获取的水文地质参数，综合分析评价含水层疏降可行性。2.如权利要求1所述的基于水文地质探查及放水试验确定含水层疏放可行性的分析方法，其特征是，所述步骤A中物探探查确定富水异常区具体包括：通过三维高密度电法、瞬变电磁技术和音频电透视技术探查手段对含水层富水异常区探查，结合所有富水性探查物探成果，综合分析确定含水层富水异常区。3.如权利要求2所述的基于水文探查及放水试验的含水层疏放可行性分析方法，其特征是，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢道雷，张伟杰，魏久传，尹会永，俞功一山，韩承豪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37