煤矿区监测洛河组含水层地下水的多功能监测井布井方法与流程

本发明属于黄陇侏罗纪煤田洛河组含水层地下水监测，具体涉及一种煤矿区监测洛河组含水层地下水的多功能监测井布井方法。

背景技术：

1、黄陇侏罗纪煤田煤炭资源丰富，但其地质条件表现为煤厚大、埋深大、隔水层薄的特征，煤层开采后导水裂隙带均会波及至洛河组巨厚砂岩含水层。洛河组含水层在区内厚150～700m，含水层富水性弱-强，导致矿井涌水量极大，对矿井安全高效生产造成较大影响。由于洛河组含水层厚度大，且其垂向沉积环境表现为沙漠相、河流相、湖泊相交替叠置沉积体系，现有研究表明黄陇侏罗纪煤田洛河组垂向富水性具有显著差异，这与沉积环境密切相关。通常洛河组沙漠相砂岩表现为孔隙均质、有效孔隙度高、饱和含水率高，富水性强，河流相砂岩富水性次之，湖泊相泥岩和粉砂岩富水性最弱。

2、有学者将黄陇侏罗纪煤田洛河组垂向划分为两段、三段，近年来依据单孔垂向分段水文地质参数将洛河组垂向划分为4段，各段富水性有差异；大多数学者将洛河组划分为2～3段，各段富水性有差异，尤其是洛河组最底部约40～100m为砂泥岩互层，其富水性极弱，由此可见巨厚洛河组砂岩含水层并非各项均质含水层。

3、现阶段，地下水环境监测井已在煤矿区广泛实施，并出台了相应地方标准，例如陕西省地方标准：《煤矿地下水监测规范》，主要用于开展煤矿区水文地质基础研究、地下水动态、合理开发利用和保护地下水资源的基础工作。该标准主要用于观测单一含水层地下水水位变化，由于巨厚洛河组砂岩含水层并非各项均质含水层，且现有监测井通常是揭穿整个洛河组含水层，仅可实现整个洛河组含水层的水位变化监测。煤矿区洛河组含水层既是饮用水源，又是矿井开采充水水源，是一种矿井水害，尤其是黄陇侏罗纪煤田的彬长、永陇矿区靠近洛河组沉积中心，洛河组厚度约300～400m，最厚可达700m，矿井开采深受洛河组水害制约，煤层开采产生的导水裂隙带波及洛河组垂向高度不同，最为典型的矿井是彬长矿区西北部外围的高家堡煤矿，该矿井开采主要充水水源为洛河组，单个工作面涌水量可达2000m3/h，可预见其矿井涌水量更大，同时也表明洛河组含水层带来的矿井水害极其严重。

4、加之，彬长矿区洛河组上覆地层华池组分布区域，地面大量钻孔钻进至洛河组和华池组交界面附近时出现了严重的漏失现象，可见洛河组和华池组交界面地层较为破碎。彬长矿区华池组厚度仍较厚，最厚可达440m，该含水层空间富水性极不均匀，据大量钻孔揭露华池组底部裂隙发育。据区域资料表明华池组和洛河组之间为稳定的泥岩隔水层，但据个别钻孔实际揭露发现华池组底部局部相变为中细砂岩，与区域资料有些许矛盾，为此实有必要探索华池组和洛河组的水力联系。

5、鉴于上述现状，有必要在现有监测井的基础上，优化布井方案，做到既可监测洛河组含水层水位，又可为矿井水害防治提供指导意义，重点是利用监测井水位变化指明矿井开采过程中洛河组主要出水层段，来水方向，判断参与矿井涌水的洛河组出水层段，针对主要出水层段实施帷幕注浆或平面注浆改造等专项水害防治措施，实现一孔多用，解决洛河组减水开采治理层位选择的难题，同时利用华池组和洛河组近距离同步监测井水位变化数据探索华池组和洛河组的水力联系。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤矿区监测洛河组含水层地下水的多功能监测井布井方法，给出了采动影响的地下水降落漏斗半径，成功克服了矿井开采过程中，判断参与矿井涌水的洛河组出水层段以及来水方向的难题，可逐次优化洛河组垂向监测层段，准确判断出水层段和来水方向，针对主要出水层段实施帷幕注浆或平面注浆改造等专项水害防治措施，发挥了监测井服务矿井水害防治的作用，实现了洛河组含水层精细监测，解决了洛河组减水开采治理层位选择的难题，探索了华池组和洛河组的水力联系，大幅节约了经济成本。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种煤矿区监测洛河组含水层地下水的多功能监测井布井方法，包括以下步骤：步骤一、确定洛河组含水层监测井的数量；步骤二、确定洛河组含水层监测井的监测层位；步骤三、确定洛河组含水层监测井的平面位置；步骤四、确定洛河组含水层监测井的井身结构；步骤五、确定洛河组含水层监测井的成井工艺；步骤六、确定洛河组含水层监测井的水文遥测仪参数；步骤七、布井完成，利用矿井水情动态监测系统识别洛河组涌水水源。

3、进一步地，所述步骤一中确定洛河组含水层监测井的数量，所述步骤一中确定洛河组含水层监测井的数量，每个盘区周边均须布设不少于3组监测井，其中两组监测井为对称布设，盘区周边的其中1组监测井附近需增加1个华池组水位监测井；井田边界附近的监测井布设与盘区周边监测井布设均呈放射状，每个井田至少需布设6组洛河组含水层监测井。

4、进一步地，所述步骤二中确定洛河组含水层监测井的监测层位，所述监测层位包括全段监测层位和分段监测层位，所述分段监测层位具体为将洛河组垂向划分为三段进行监测，分别为上段监测层位、中段监测层位和下段监测层位。

5、进一步地，所述步骤二中确定洛河组含水层监测井的监测层位，不同的监测层位需布置相应的监测井钻孔，不同监测层位的监测井钻孔构成一组监测井；根据全段监测层位设置洛河组全段监测井钻孔，所述洛河组全段监测井钻孔用于完全揭露洛河组全段，根据上段监测层位设置洛河组上段监测井钻孔，所述洛河组上段监测井钻孔用于揭露洛河组上段监测层位，根据中段监测层位设置洛河组中段监测井钻孔，洛河组中段监测井钻孔用于揭露洛河组中段监测层位，根据下段监测层位设置洛河组下段监测井钻孔，所述洛河组下段监测井钻孔用于揭露洛河组下段监测层位。

6、进一步地，所述步骤三中确定洛河组含水层监测井的平面位置，在采动区，各组监测井均置于采动地表沉陷范围之外，同时位于采动影响的地下水降落漏斗范围内；在未采动区，各组监测井分别沿垂直和平行地下水流方向布设，直至布设于井田边界附近。

7、进一步地，所述采动地表沉陷范围为依据采动区地表沉陷边界实测的岩层移动角计算出的采动影响的范围，也即岩层移动边界范围；所述地下水降落漏斗范围以解析法计算的影响半径为地下水降落漏斗半径；

8、若计算的影响半径小于采动地表沉陷范围，则在采动地表沉陷范围邻近区域布设监测井；若计算的影响半径大于采动地表沉陷范围，则需要在采动地表沉陷范围邻近区域以及计算的影响半径之内均布设监测井。

9、进一步地，各组监测井应穿过所述地下水降落漏斗中心并按十字形或放射状布设形成监测线，所述监测线的长度应超过地下水降落漏斗范围。

10、进一步地，所述步骤四中确定洛河组含水层监测井的井身结构，所述洛河组全段监测井钻孔、洛河组上段监测井钻孔、洛河组中段监测井钻孔和洛河组下段监测井钻孔的井身结构均为三级孔径二级套管钻孔结构。

11、进一步地，所述步骤五中确定洛河组含水层监测井的成井工艺，若一组监测井中仅存在全段监测井钻孔，则对洛河组全段监测井钻孔采取取芯钻进工艺，之后扩孔至合理孔径，开展抽水试验，抽水试验结束后，转为监测井；若一组监测井中存在全段监测井钻孔和分段监测井钻孔，则对洛河组全段监测井钻孔采取取芯钻进工艺，之后扩孔至合理孔径，开展抽水试验，抽水试验结束后，转为监测井，分段监测井钻孔均采取小孔径无芯钻进至各监测层段合理深度，并简化钻孔结构，确保能够下入水文遥测仪线缆，发挥监测井作用；若一组监测井中仅存在分段监测井钻孔，则对进入洛河组最深监测层位的分段监测井钻孔采取取芯钻进工艺，其余分段监测井钻孔均采取小孔径无芯钻进工艺。

12、进一步地，所述步骤六中确定监测井的水文遥测仪参数，所述水文遥测仪的参数包括水文遥测仪的初始水位标高和水文遥测仪线缆的下放深度，所述水文遥测仪线缆的长度应当大于等于含水层的水位下降高度。

13、本发明与现有技术相比具有以下优点：

14、1、本发明给出了采动影响的地下水降落漏斗半径，成功克服了矿井开采过程中，判断参与矿井涌水的洛河组出水层段以及来水方向的难题，可逐次优化洛河组垂向监测层段，准确判断出水层段和来水方向，针对主要出水层段实施帷幕注浆或平面注浆改造等专项水害防治措施，发挥了监测井服务矿井水害防治的作用，实现了洛河组含水层精细监测，解决了洛河组减水开采治理层位选择的难题，探索了华池组和洛河组的水力联系，大幅节约了经济成本。

15、2、本发明要求监测井置于采动地表沉陷范围之外，但是在采动影响的地下水降落漏斗范围内，可尽最大能力获取采动影响的地下水降落漏斗水力梯度，获取采动影响后洛河组含水层水位下降的峰值，针对性解决了洛河组含水层平面注浆改造减水层位选择的难题，为采后洛河组含水层注浆层位的选择指明方向。

16、3、本发明采用以《矿坑涌水量预测计算规程》提供的解析法计算的影响半径为采动影响的地下水降落漏斗半径，完善了《煤矿地下水监测规范》5.1.2节指出的因采空区而形成的水位下降漏斗范围。

17、4、本发明以盘区为单位，合理布设洛河组含水层地下水监测井，动态服务矿井水害防治，解决了现有监测井通常在井田边界附近，无法服务巨厚洛河组砂岩含水层矿井水害防治的缺陷。

18、5、本发明通过监测洛河组垂向不同层位的水位，解决了参与矿井涌水的洛河组出水层段判识难题，确定了采动影响进入洛河组地层的垂向高度，根据不同监测层段水位变化，也可判断来水方向，综合为洛河组侧向帷幕注浆层位选择提供可靠的依据。

19、6、本发明在洛河组上段监测井临近位置布设华池组水文监测井，解决了华池组和洛河组水力联系的争议，同时为华池组和洛河组交界面强漏失层段是否需要治理指明了方向。

20、7、本发明将洛河组垂向划分为3段进行监测，实现了洛河组含水层地下水精细监测的目的。

21、8、本发明能够揭露洛河组各监测层段，克服了洛河组水位下降为潜水时监测困难的问题，完善了《煤矿地下水监测规范》5.3.1.2节提出的当承压含水层大于20m时，应凿至该含水层(组)顶板以下不小于20m的缺陷。

22、9、本发明在未采动区沿垂直和平行地下水流向方向布设监测井，直至布设于井田边界附近，可绘制全井田洛河组地下水动态流场图，计算净通量，实时获取涌入采空区的水量。

23、10、本发明在盘区周边和井田边界附近各布设不少于3组洛河组含水层地下水监测井，实现了中长期到长期的动态实时监测，可实时获取洛河组地下水动力场。

24、11、本发明中的监测井成井工艺以取芯钻孔成井工艺为主，能够开展抽水试验等精细勘探工作，精准指导盘区洛河组水害防治工作，实现一孔多用，同一监测井组中以小孔径无芯钻进成井工艺为辅，经济效果佳，且监测效果好。

25、12、本发明在远离采场、靠近井田边界处以监测洛河组全段水位为主，在采场周围附近对洛河组进行分段监测，既能够服务于洛河组区域动力场研究，又可为矿井水害防治提供精准指导的效果，既经济又实用，推广价值高。

26、下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。