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煤矿水文地质条件分类规范

时间：2024-05-19 阅读：9

　1 范围

　　本标准适用于生产煤矿，亦可在拟建、在建煤矿时参考使用，是煤矿水文地质条件分类的依据。

　　2 基本要求

　　2.1 根据煤矿水文地质条件的某一特征，结合实际情况进行分类，不同类型应具有显著的特点。

　　2.2 应具有普遍性和广泛的实用性。

　　2.3 本规范采用单一分类原则，其概念明确，能确定一个煤矿的水文地质和开采条件。

　　3 地质条件分类具体分类方法是：

　　①据开采煤层及与其相关的含水层的埋藏深度进行分类；

　　②根据煤层开采期间的主要充水水源进行分型；

　　③根据煤矿的富水系数（即矿井总涌水量同产煤量之比）的大小划分其亚型；

　　④根据潜在的水害因素作出辅助类型的划分。

　　3.1 按埋藏深度分类

　　3.1.1裸露类（Ⅰ类）

　　煤矿的开采煤层全部处于当地侵蚀基准面以上。充水含水层中的水包括：

　　上层滞水、潜水、无压或有压的层间水。矿井清水可依靠排水沟自流排放，一般对矿井不构成威胁。矿井涌水量主要受大气降水控制。

　　3.1.2半裸露类（Ⅱ类）

　　煤矿开采煤层的上部处于当地侵蚀基准面以上，而下部则处在该面以下，与煤层开采有关的充水含水层中的水包括：上层滞水、潜水、无压或有压的层间水。侵蚀基准面以上含水层中的水基本无压，而基准面以下含水层中的水，具一定压力。

　　矿井涌水对煤层的开采，一般均有影响，如为岩溶水涌出，则有严重影响。采用自流和机械两种排水方式。矿井涌水量受降水季节影响显著。

　　3.1.3浅埋类（Ⅲ类）

　　煤矿的开采煤层，全部处于当地侵蚀基准面以下，且埋深小于500m。煤系地层的上部，一般均有第四系松散层覆盖，个别地区还有局部的第三系伏于第四系之下。对采煤工作面而言，含水层中的水都具有一定的水头压力。矿井涌水量的大小，涌水方式，对煤层的开采皆有直接影响。矿井涌水量受降水季节的影响比较明显。

　　3.1.4深埋类（Ⅳ类）

　　煤矿的开采煤层，全部埋藏在当地侵蚀基准面500m以下。一般在煤系地层以上覆盖着巨厚的松散地层或岩层。煤矿的主要充水含水层是承压的砂岩裂隙水、薄层灰岩岩溶裂隙水，或古岩溶系统构成的厚层灰岩裂隙岩溶水。通常没有现代岩溶发育。煤层开采工作面的顶底板一般均承受较高的水压，未遇导水构造时，矿井涌水量可能不大，且水量稳定，基本不受降水季节的影响。

　　3.2 按直接充水水源分型

　　3.2.1大气降水型（一型）

　　该型煤矿充水水源主要来自大气降水，矿井涌水量受大气降水量控制，涌水量和降水量的峰值基本一致，或稍有迟后。干旱季节各含水层中的水一般均有大幅下降，矿井涌水量逐渐减少。该型多存在于Ⅰ、Ⅱ类（即裸露类和半裸露类）煤矿，Ⅲ类（即浅埋类）煤矿较为少见，通过降水量资料、开采引起的地表沉降或塌陷，以及地裂缝的情况，可大致确定降水量同矿井涌水量之间的关系。

　　3.2.2地表水型（二型）

　　该型煤矿多见于Ⅲ类(即浅埋类)矿井。矿井多位于地表水体附近，或直接位于地表水体以下。采后产生的地表塌陷区、沉降大裂缝，多成为矿井充水的主要途径。我国南方岩溶区煤矿，雨季常见现坡立谷、暗河及塌陷区的洪水涌入矿井，甚至造成淹井事故。地表水型煤矿的涌水。一般形成定水头补给，其矿井涌水量的大小取决于导水通道的过水能力，水力梯度的大小，以及水源的充沛程度。

　　3.2.3孔隙水型（三型）

　　赋存于松散层孔隙中的地下水为孔隙水。一般指第四系和第三系含水层水，亦有未成岩的古地层含水层水，除少数以上层滞水的形式存在外，主要以潜水和承压水存在。其主要补给源为大气降水、地表水的渗入补给。裂隙水和岩溶水也可成为补给水源，当矿井的直接充水水源为孔隙水时，称为孔隙水型煤矿。该型多见于浅埋类（Ⅲ类）煤矿，或在松散层较厚地区建井时遇到。往往以泥砂含量很高的混浊水涌入矿井，造成严重损失。在煤矿隐伏露头区，上覆有较厚的松散地层，当开采煤层时，要根据松散层底部隔水层的情况，留设足够的防水煤岩柱。

　　3.2.4裂隙水型（四型）

　　赋存于基岩裂隙系统中的地下水，称裂隙水，以潜水、层间无压或承压水形式存在。煤层顶底板中的砂岩裂隙水，涌水量一般都不大，绝大多数可以疏干，不足为患。但在构造发育地段，亦可形成较大突水，且伴有大面积涌水现象。

　　3.2.5岩溶水型（五型）

　　赋存于可溶性地层中的地下水统称为岩溶水。我国大多数煤矿开采石炭、二叠系煤层。北方奥陶系灰岩水（以下简称奥灰水），南方茅口灰岩水对煤层开采构成威胁。在北方煤系地层中的薄层灰岩水（以下简称薄灰水）多为直接突水水源，且多有奥灰水补给。其突水量的大小取决于薄灰水同奥灰水的连通性，以及奥灰水的富水程度。薄灰岩溶水在地质构造和水文地质单元的控制下，非均质性，区段性和地域性。

　　厚层灰岩岩溶水，由于接受降水和其他含水系统补给的面积大，水源丰富，所以水量充沛。厚层灰岩岩溶发育程度具更大的不均一性和*的地区性，随埋深增加岩溶发育程度具有一定的规律性。在我南方，以现代岩溶为主，随埋深加大岩溶发育变弱的规律性极为明显，而在北方，则以古岩溶为主体，在古岩溶上又发育了现代岩溶，随深度增加岩溶发育减弱的规律性不甚明显。

　　3.3 根据富水系数（F）划分亚型

　　富水系数（F）系指煤矿的总排水量和产煤量之比值。对生产煤矿，可按开采期内的总排水量和总卢煤量计算：对设计和基建煤矿，可按设计产量和年排水总量进行计算。

　　3.3.1 贫水亚型（1亚型）

　　煤矿开采煤层的充水含水层水量贫乏，矿井涌水量小，即 F≤5，此亚型煤矿多分布于干旱或半干旱地区，当F≤1时，一般均严重缺水，难于在附近找到水源地，开发前需进行供水源地的论证；当 F>1时，亦需根据水源的充沛程度确定煤矿规模。

　　3.3.2 较贫水亚型（2亚型）

　　煤矿开采煤层的充水含水层水量较贫乏，矿井涌水量不大，其F值介于5～10之间。该亚型煤矿投入的防治水费用一般不高，又能找到很好的供水水源地。

　　3.3.3 较富水亚型（3亚型）

　　煤矿开采煤层的充水含水层较富水，矿井涌水量较大，其F值介于10～20之间。该亚型煤矿的直接充水水潭多为薄灰岩溶水。 3.3.4 富水亚型（4亚型）

　　煤矿开采煤层的充水含水层水量丰富，矿井清水量很大，其F>20。该亚型煤矿均有厚层灰岩岩溶水构成间接或直接充水水源。当F>40时，应对煤矿开发前景进行论证，当F>80时，一般难于开发。 3.4 根据潜在水患划分辅助类型潜在水患是指需要进行专门水文地质探查才能确定的煤矿突水因素。一个煤矿可能存在多种潜在水患因素。当煤矿水文地质条件类型确定之后，还应按潜在水患划分辅助类型。

　　3.4.1 老空水型（1型）

　　老空水指人类采掘活动留下的地下空间中集存的地下水。老空水突水的危害性甚大，由子大量积水在短时间内涌入煤矿，不但瞬时流量大、速度快，而且多夹带有煤泥；石块和瓦斯气味。

　　3.4.2 导水陷落柱型（2型）

　　开采煤层下伏厚层灰岩，在采掘中可能遇到岩溶陷落柱。当陷落柱具导水性时，岩溶系统内积存大量的水、泥沙和石块，瞬时突入矿井造成严重危害。须进行专门的水文地质探查，采取防治水措施，防患于未然。

　　3.4.3 导水断裂带型（3型）

　　我国煤系地层中，普遍发育规模、性质各异的断裂带，有的以断层形式，有的以节理裂隙密集带形式存在，往往构成煤层的突水通道。在岩溶水型煤矿中，导水断层构成的突水通道集中；而裂隙水型构成的则较分散，但都对生产造成严重影响。在非岩溶型煤矿中，其突水量较小，一般不构成严重威胁。

　　3.4.4 孔隙水天宙型（4型）

　　当开采煤层处于隐伏露头区时，其上覆的孔隙水含水层直接与煤系地层接触，形成天窗型潜在水患，其涌水特点是泥砂俱下，对煤矿生产危害很大。应查清这种水文地质条件的分布范围，及其孔隙含水层的性质和富水性，采取经济合理的防治水措施。

　　4 煤矿水文地质类型的确定

　　4.1 确定原则

　　4.1.1 以主采水平的深度进行分类，对有两个主采水平以上的煤矿，可根据各水平的深度范围进行分类。如开采水平埋深多数小于500m，归入Ⅲ类，而多数大于500m时,归为Ⅳ类。

　　4.1.2 以煤矿主要的充水水源分型，对两个以上的主要充水水源，应根据充水量的大小和充水时间的长短，选水量大和充水时间长的定型。

　　4.1.3 根据富水系数即F值大小划分亚型。

　　4.1.4 根据煤矿水文地质勘探和生产中发现的问题，在类型划分后进行辅助类型注示。

　　4.2 表述方法

　　以华北某煤矿为例

　　4.2.1 该矿地表的侵蚀基准面标高约80m。现分三个水平采煤，分别为-100m ,- 300m，-500m。现主要开采一、二水平的煤层，三水平产量较少。据此，可定为Ⅲ类（浅埋类）。

　　4.2.2 该矿共有三个主采煤层，目前主采大煤煤层，矿井主要充水水源为砂岩裂隙水。下部的大青和下架煤层，尚来进行开采。所以，可定为四型（裂隙水型）。

　　4.2.3 该矿井涌水量约600m3/h，年排水总量约为500万t，年产煤量约130万t。计算出 F值为4，应定为2亚型。

　　4.2.4 该矿的水文地质条件类型，可表述为：Ⅲ类四型2亚型。可简化为Ⅲ—四—2类型。

　　4.2.5 根据地质资料，井下曾揭露岩溶导水陷落柱并伴有老空水突出，因此按潜在水患划分辅助类型应为1、2型。

　　4.2.6 该煤矿水文地质条件类型的划分，应表述为：Ⅲ—四—2类型。且存在1、2两种类型潜在水患。

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此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

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RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

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２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

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4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

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6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取先进的ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

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