本發(fā)明涉及一種煤層頂板砂巖含水層富水性評價方法，屬于井田勘探技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國產(chǎn)煤量也呈現(xiàn)逐漸增長趨勢，采煤過程中遭遇的水害問題也層出不窮，頂板砂巖水是我國煤礦開采中最普遍、最直接的主要水害之一。由于砂巖水極不均勻，且勘探階段抽水試驗(yàn)孔少，致使在開采時，往往出現(xiàn)與井田勘探資料不符的情況，給安全生產(chǎn)帶來重要影響。砂巖含水層通常作為煤層開采的直接充水含水層，因此，對煤層頂板砂巖含水層的富水性分布作出合理預(yù)測預(yù)報評價，研究砂巖巖層富水性分區(qū)及對礦井安全生產(chǎn)具有極其重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)用價值。

目前，判斷含水層富水性強(qiáng)弱主要根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，按鉆孔單位涌水量(q)值，將含水層富水性分為如下4個等級:①弱富水性：q≤0.1L/(s·m)；②中等富水性：0.1L/(s·m)＜q≤1.0L/(s·m)；③強(qiáng)富水性：1.0L/(s·m)＜q≤5.0L/(s·m)；④極強(qiáng)富水性：q＞5.0L/(s·m)。但是這種方法在工程實(shí)際應(yīng)用中存在以下弊端：通過做水文孔抽水試驗(yàn)得到q值一般投資大、耗時長，所以導(dǎo)致研究礦區(qū)范圍內(nèi)特定含水層的抽水試驗(yàn)鉆孔數(shù)量極其有限，相應(yīng)的單位涌水量測點(diǎn)太少，無法通過少量的點(diǎn)得出全面的富水性分區(qū)結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：彌補(bǔ)通過鉆孔單位涌水量來進(jìn)行富水性分區(qū)的不足之處，提供一種在煤礦防治水工作中更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用的砂巖含水層富水性評價方法，該方法基于專家打分表、GIS軟件分析功能相結(jié)合。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種煤層頂板砂巖含水層富水性評價方法，包括以下步驟：

步驟1，確定煤層頂板砂巖含水層富水性評價指標(biāo)體系，所述富水性評價指標(biāo)體系包括4個評價指標(biāo)，分別為砂巖巖性系數(shù)、沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)。根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層打孔情況分別確定砂巖巖性系數(shù)和沖洗液消耗量，根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層的地質(zhì)圖確定斷層影響區(qū)和褶皺影響區(qū)；。

步驟2，通過繪制專家打分表，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，確定步驟1中各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)。

步驟3，根據(jù)步驟1確定的砂巖巖性系數(shù)、沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)以及步驟2確定的各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，利用GIS軟件繪制各評價指標(biāo)富水性單因素分區(qū)圖。

步驟4，將步驟3得到的各指標(biāo)單因素分區(qū)圖根據(jù)步驟2得到的各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行疊加，按疊加后的圖進(jìn)行砂巖富水性評價。

所述步驟(2)的評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)為：

各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)表示各評價指標(biāo)不同的取值范圍對應(yīng)不同的富水性等級，根據(jù)單位涌水量q值對含水層富水性的劃分，富水性等級劃分為：富水性極弱、富水性弱、富水性中等、富水性強(qiáng)4個等級：

a.單因素指標(biāo)數(shù)值<m₁，富水性極弱。

b.m₁<單因素指標(biāo)數(shù)值≤m₂，富水性弱。

c.m₂<單因素指標(biāo)數(shù)值≤m₃，富水性中等。

d.單因素指標(biāo)數(shù)值>m₃，富水性強(qiáng)。

其中，m₁<m₂<m₃。m₁、m₂、m₃分別表示各評價指標(biāo)不同的單因素指標(biāo)數(shù)值。

所述各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：

評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

所述各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)如下表所示：

評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)表

優(yōu)選的：所述步驟3中采用GIS軟件的空間分析功能，繪制各指標(biāo)含水層富水性等值線圖，根據(jù)各評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，得到各指標(biāo)單因素分區(qū)圖。

有益效果：本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種煤層頂板砂巖含水層富水性評價方法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的按照單位涌水量q值評價的不足，且方法簡單實(shí)用，能直觀的評價出礦區(qū)各范圍處的富水性等級，在礦井單位中可以廣泛使用。

附圖說明

圖1為發(fā)明方法工作流程圖；

圖2為砂巖巖性系數(shù)富水性分區(qū)圖；

圖3為沖洗液消耗量富水性分區(qū)圖；

圖4為斷層影響區(qū)域富水性分區(qū)圖；

圖5為褶皺影響區(qū)域富水性分區(qū)圖；

圖6砂巖含水層富水性評價分區(qū)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

一種煤層頂板砂巖含水層富水性評價方法，在分析煤層含水層富水性影響因素的基礎(chǔ)上，確定煤層頂板砂巖含水層富水性評價指標(biāo)，根據(jù)專家打分表及GIS軟件相結(jié)合得到煤層頂板砂巖富水性分區(qū)圖，從而對砂巖富水性進(jìn)行評價，該方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的按照鉆孔單位涌水量q評價的不足，且方法簡單實(shí)用，可以在礦區(qū)富水性評價中廣泛使用。如圖1所示，具體包括以下步驟：

步驟1，分析確定煤層頂板砂巖含水層富水性評價指標(biāo)體系，所述富水性評價指標(biāo)體系包括4個評價指標(biāo)，分別為砂巖巖性系數(shù)、沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)。然后根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層打孔情況分別確定砂巖巖性系數(shù)和沖洗液消耗量，根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層的地質(zhì)圖確定斷層影響區(qū)和褶皺影響區(qū)。

其中，砂巖巖性系數(shù)指導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)砂巖累計(jì)厚度與統(tǒng)計(jì)段總長之比，該指標(biāo)反映含水層巖石空隙特征，取值0～1；沖洗液消耗量為勘探鉆孔實(shí)際沖洗液消耗量值，單位m³/h；斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)為了考慮距離斷層、褶皺不同范圍對含水層富水性的影響，單位m。

步驟2，通過繪制專家打分表，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，確定步驟1中各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)。

各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)表示各評價指標(biāo)不同的取值范圍對應(yīng)不同的富水性等級，參照《煤礦防治水規(guī)定》中根據(jù)單位涌水量q值對含水層富水性的劃分，富水性等級劃分為：富水性極弱、富水性弱、富水性中等、富水性強(qiáng)4個等級：

a.單因素指標(biāo)數(shù)值<m₁，富水性極弱。

b.m₁<單因素指標(biāo)數(shù)值≤m₂，富水性弱。

c.m₂<單因素指標(biāo)數(shù)值≤m₃，富水性中等。

d.單因素指標(biāo)數(shù)值>m₃，富水性強(qiáng)。

其中，m₁<m₂<m₃。m₁、m₂、m₃分別表示各評價指標(biāo)不同的單因素指標(biāo)數(shù)值。

所述各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：

評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

所述各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)如下表所示：

評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)表

步驟3，根據(jù)步驟1確定的砂巖巖性系數(shù)、沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)以及步驟2確定的各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，利用GIS軟件繪制各評價指標(biāo)富水性單因素分區(qū)圖。具體是采用GIS軟件的空間分析功能，繪制各指標(biāo)含水層富水性等值線圖，根據(jù)各評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，得到各指標(biāo)單因素分區(qū)圖。

步驟4，將步驟3得到的各指標(biāo)單因素分區(qū)圖根據(jù)步驟2得到的各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行疊加，按疊加后的圖進(jìn)行砂巖富水性評價。

有上述可知，本發(fā)明對某一礦區(qū)進(jìn)行煤層頂板砂巖富水性評價時，首先利用GIS軟件繪制各評價指標(biāo)含水層富水性等值線圖，根據(jù)各評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，將砂巖含水層富水性劃分為不同分區(qū)，得到各指標(biāo)單因素分區(qū)圖，然后將4個單因素分區(qū)圖進(jìn)行疊加，由疊加后的圖進(jìn)行富水性評價。

下面結(jié)合工作流程圖(圖1)及實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

某礦區(qū)采區(qū)主要開采井田內(nèi)的3煤層，直接充水含水層為山西組3煤層頂板砂巖，頂板砂巖最大厚度43m，平均20.18m，富水性極不均勻，根據(jù)長觀孔、抽水孔獲得了3煤頂?shù)装迳皫r含水層的鉆孔單位涌水量，煤層頂板砂巖的單位涌水量變化范圍為：0.000512～0.381343L/s·m，按照《煤礦防治水規(guī)定》該井田頂板砂巖含水層為弱富水性～中等富水性的含水層，但我們發(fā)現(xiàn)在采區(qū)內(nèi)僅有補(bǔ)9-10、15-11兩個鉆孔，相應(yīng)的單位涌水量測點(diǎn)太少，所以用鉆孔單位涌水量不能真實(shí)的反應(yīng)采區(qū)大范圍內(nèi)的頂板砂巖富水性。因此，選擇新的合理的評價指標(biāo)和方法對砂巖含水層富水性進(jìn)行評價，才能對頂板水害防治提供更可靠的依據(jù)。

具體的評價過程和結(jié)果如下:

(1)分析確定煤層頂板砂巖含水層富水性評價指標(biāo)體系；

煤層頂板在冒落帶范圍內(nèi)，砂巖含量越高，砂巖厚度相對越大，富水性越強(qiáng)。基于這一考慮，采用砂巖巖性系數(shù)(即砂巖累計(jì)厚度除以統(tǒng)計(jì)段總長)來作為煤層頂板巖層總體富水性的依據(jù)；一般在斷層、褶皺等附近構(gòu)造裂隙發(fā)育部位是富水地段；砂巖中地下水的賦存受裂隙和孔隙發(fā)育程度所控制，在鉆孔鉆進(jìn)過程中常有漏水現(xiàn)象發(fā)生，裂隙孔隙發(fā)育的地方往往是富水地段，可以用鉆孔沖洗液消耗量作為富水性強(qiáng)弱的依據(jù)。因此選取砂巖巖性系數(shù)、鉆孔沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)4個評價指標(biāo)作為砂巖含水層富水性評價指標(biāo)。根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層打孔情況分別確定砂巖巖性系數(shù)和沖洗液消耗量，根據(jù)礦區(qū)采區(qū)的煤層頂板砂巖含水層的地質(zhì)圖確定斷層影響區(qū)和褶皺影響區(qū)。

其中，砂巖巖性系數(shù)如下表所示：

沖洗液消耗量如下表所示：

(2)通過繪制專家打分表，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，確定各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)；

制作專家打分表，針對砂巖巖性系數(shù)、鉆孔沖洗液消耗量、斷層影響區(qū)、褶皺影響區(qū)4個評價指標(biāo)，根據(jù)單個指標(biāo)的取值范圍對應(yīng)的富水性強(qiáng)弱程度，得出各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)，這里的分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)只是一種形式，根據(jù)不同礦區(qū)實(shí)際情況可以更改，而不是固定值，評價結(jié)果見表1、2。

表1評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表2評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)表

(3)根據(jù)各富水性評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，利用GIS軟件繪制評價指標(biāo)富水性單因素分區(qū)圖；

采用GIS軟件的空間分析功能，繪制各指標(biāo)含水層富水性等值線圖，根據(jù)各評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，得到各指標(biāo)單因素分區(qū)圖，如圖2所示，為根據(jù)所測得的砂巖巖性系數(shù)及砂巖巖性系數(shù)的指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)所繪制的砂巖巖性系數(shù)富水性分區(qū)圖。如圖3所示，為根據(jù)所測得的沖洗液消耗量及沖洗液消耗量的指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)所繪制的沖洗液消耗量富水性分區(qū)圖。如圖4所示，為根據(jù)所測得的斷層影響區(qū)及其指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)所繪制的斷層影響區(qū)富水性分區(qū)圖。如圖3所示，為根據(jù)所測得的褶皺影響區(qū)及其指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)所繪制的褶皺影響區(qū)富水性分區(qū)圖。

(4)將步驟(3)得到的圖，即砂巖巖性系數(shù)富水性分區(qū)圖、沖洗液消耗量富水性分區(qū)圖、斷層影響區(qū)域富水性分區(qū)圖、褶皺影響區(qū)域富水性分區(qū)圖，利用GIS軟件的疊加功能，根據(jù)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行疊加，按疊加后的圖進(jìn)行砂巖富水性評價，如圖6所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。