[发明专利]开采煤层顶底板碎屑岩类含水层富水性定量预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开采煤层顶底板碎屑含水层富水性的定量预测方法，尤其是一种水文地质勘探程度较低煤矿的煤层顶底板碎屑岩类含水层富水性定量预测方法。

背景技术

矿井突涌水是影响煤矿安全生产的主要灾害类型之一，随着我国煤炭资源开采规模和强度不断加大，矿井突涌水灾害更为突出，尤其是复杂水文地质类型的矿井建设和开采过程中，时常伴随相互关联的水文地质条件探查不清的不利因素，水害风险和危害日趋严重。砂(砾)岩等碎屑岩类含水层作为矿井突涌水的重要来源，广泛发育于含煤地层中，由于距离煤层近，对煤层开采影响显著。如华北型煤田的山西组砂岩，侏罗系煤田的煤系砂岩等往往构成矿井充水的主要水源，在应对措施不当情况下也会酿成灾害，导致工作面因水患而影响生产甚至淹面、淹采区等。含煤地层中的砂(砾)岩含水层往往具有富水性不均一、差异性大的特点，其赋水特征不易查明，尤其是对于新建井田或采区，水文地质勘探程度低，水文地质资料匮乏，往往导致煤层顶、底板水害危险性预测与评价难以进行。

现有含水层富水性评价方法主要依赖于水文地质观测网络以及据此进行的抽放水试验，但是当这些数据不足，将难以对研究区进行必要的研究。长期以来，新建井田或新采区的安全生产需要一种能够较准确定量评价顶底板碎屑岩含水层富水性的方法和技术。

中国专利申请CN102799955A公开了一种突水系数小于0.06MPa/m区底板突水评价三图法，包括以下步骤：1.主采煤层开采的带压区范围的圈定；2.确定导水通道立体空间位置，建立其空间位置分布图；3.基于不同勘探信息源资料，研发煤层底板充水含水层富水性分区图；4.基于GIS复合功能，叠加分析影响主采煤层安全开采的底板突水的诸因素，建立主采煤层底板突水危险性预测分区图，对主采煤层开采过程中底板突水危险状况做出预测评价。该专利提出了底板突水评价的三图法，并进行了含水层富水性分区研究，但是该专利含水层富水性分区采用了传统的钻探资料、物探资料以及水文地质试验分析方法，未能充分考虑到地层岩性及其组合关系对富水性的影响，未能建立地层结构定量评价模型，且富水性分区的研究方法更适合于水文地质资料丰富的矿区，对于水文地质勘探程度低的区域适用性较差。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，针对水文地质勘探程度低的新矿井、新采区，基于区域的水文地质与构造地质环境的分析，利用已有钻探、地球物理探查资料，提供一种开采煤层顶底板碎屑岩类含水层富水性定量预测方法，该方法简单、实用、易操作，能够较准确定量预测顶底板碎屑岩含水层富水性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种开采煤层顶底板碎屑岩类含水层富水性定量预测方法，

包括以下步骤：

A.确定碎屑岩类含水层富水性的主控因素：采用沉积-构造分析方法，研究含煤地层沉积环境和地质构造演化史，确定含煤地层沉积体系，并开展地质构造复杂程度评价，确定碎屑岩类含水层富水性主控因素。

B.确定煤层开采导致的顶底板岩层扰动范围：综合确定煤层开采时引起的顶板导水裂缝带发育最大高度及底板破坏带最大深度，据此圈定煤层开采造成的顶底板岩层扰动范围。

C.研究区沉积特征评价：提出岩性结构系数表征沉积环境对含水层富水性的影响大小，定量评价含水层富水性的物质基础条件。

D.研究区地质构造复杂程度定量评价：利用分形理论定量评价地质构造复杂程度，反映构造区含水层富水特征。

E.构建岩性结构-地质构造预测模型，综合评价碎屑岩类含水层富水性：确定出岩性结构特征与地质构造发育程度两因素对碎屑岩类含水层富水性的权值，构建富水性评价的岩性结构-地质构造复合评价模型。

F.碎屑岩类含水层富水性科学区划：基于岩性结构-地质构造复合评价模型绘制富水性赋值分布平面图；根据地球物理探测结果确定富水性分区阈值，提出含水层富水性等级划分方法，绘制富水性分区图。

所述步骤A中确定碎屑岩类含水层富水性的主控因素具体包括：

a)采用沉积-构造分析方法，研究含煤地层沉积环境和地质构造演化史，确定含煤地层沉积体系，划分含煤地层中主要的含水层岩性、含水层单层厚度、含水层总厚度、含水层-隔水层界面数量。

b)定性评价研究区地质构造发育程度，包括断裂构造性质及产状、规模，褶皱构造类型及密度，以及岩溶陷落柱的分布及类型。

c)确定碎屑岩类含水层富水性的主控影响因素包括含水层岩性、含水层总厚度、含水层-隔水层组合特征、断裂构造复杂程度、褶皱构造复杂程度以及岩溶陷落柱构造特征。