矿井深部开采对地下水位变化影响与研究.pdf

煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 地 质0引言煤矿开采活动造成地下水位变化，对生态环境有着深远影响。而矿井深部开采对地下水位变化的影响更加直接更加明显，必须给予足够的重视。通过具体案例分析，研究矿井深部开采对地下水位变化的影响情况和影响因素，找到在煤矿深部开采过程中控制地下水位变化的方法与管理策略，为环境保护提供科学依据。1煤矿开采对地下水位变化影响的机理分析煤矿开采对地下水位变化影响的机理是一个复杂的过程，深入分析研究，对煤矿开采对环境影响的认识和管理有重要意义。1.1 煤矿开采对地下水位的直接影响煤矿开采直接影响地下水位的主要机理包括：矿井排水系统的运行、矿井开采导致的地下水排泄、煤层顶板及巷道底板的破坏引起的透水以及井下涌水。由于矿井的不断开采，大量的地下水需要排出井外，井下排水系统的运行会导致地下水位的下降。煤层开采后，地下水可能会通过煤（岩）裂隙进入老空区，进而导致矿井周边区域地下水位发生变化。1.2 煤矿开采对地下水位的间接影响煤矿开采对地下水位的间接影响主要体现在地下水系统的改变上。矿井开采过程中，地下水流动路径和速度可能会发生变化，导致地下水位的上升或下降。例如，矿井生产过程中，采煤工作面的回采和巷道的掘进会改变原来地下水的流动路径，使得矿井开采区域内的水位发生改变，矿井周边区域则可能出现水位上升。此外，地下水与煤层之间的相互作用也会对地下水位产生影响，如矿井的直接与间接含水层的水 会 被 矿 井 排 水 系 统 抽 排 到 地 面，导 致 地 下 水 位下降1。1.3 影响地下水位变化的主要因素影响地下水位变化的主要因素包括：煤层特征、矿井排水系统的运行方式、地质条件、采煤方法和矿井开采规模等。煤层的渗透性和含水量将决定煤层对地下水流动的影响程度。矿井排水系统的运行方式，包括排水管道的布置、排水设备的选择和排水水位的调控，将直接影响地下水位的变化。地质条件，如地下水的补给和排泄条件，将决定地下水位的稳定性和变化范围。采煤方法的选择和矿井开采规模的大小也会对地下水位变化产生重要影响。2地下水位变化监测与测量方法掌握地下水位变化监测与测量方法可以帮助研究者了解地下水位变化的特征、趋势，有助于预测地下水位未来的变化情况。2.1 常用的地下水位监测方法地下水位的监测是评估煤矿开采对地下水位变化影响的关键环节。常用的地下水位监测方法包括：井口测量、压力式传感器监测、测井仪监测、遥测监测和卫星遥感监测等。井口测量是一种传统的方法，通过测量井口水位来推断地下水位变化情况。压力式传感器监测是利用安装在井筒内的传感器，实时测量井底压力，从而推算地下水位变化。测井仪监测是利用测井设备进行直接测量，能够提供较为准确的地下水位数据。遥测监测则是通过传感器将数据传输至地面，实现远程监测。卫星遥感监测是利用卫星影像技术，通过分析水体反射率等参数，推测地下水位变化，如图1 所示。2.2 地下水位变化测量的技术原理地下水位变化的测量技术原理包括压力传感原理、测井原理、遥测原理和遥感原理。压力传感原理是利用地下水的静水压力与地下水位之间的关系，通过矿井深部开采对地下水位变化影响与研究李帅（平煤股份有限公司十三矿，河南 平顶山 467000）摘 要：通过案例分析探讨矿井深部开采对地下水位变化的影响。明确地下水位监测方法、地下水位变化测量的技术原理和数据分析方法，分析监测数据及影响地下水位变化的因素，提出地下水位控制技术和环境保护措施。关键词：煤矿开采；地下水；监测控制；环境保护中图分类号：TD803文献标识码：A40CHINA COAL VISION煤炭新视界煤 矿 地 质测量井底压力来推断地下水位的变化。该方法适用于井筒内的水位测量，并可通过压力传感器实时监测地下水位的变化。测井原理是直接测量井筒内的水位，利用专用测井设备将测量结果反馈到地面。这种方法适用于对井筒内水位进行准确测量的情况。遥测原理是通过传感器将井内水位数据传输至地面，实现实时监测和远程数据采集。该方法可以远程监测多个监测点的地下水位变化，并对数据进行集中管理和分析。遥感原理则是利用卫星遥感技术，通过分析卫星影像中水体反射率等参数，推测地下水位变化。这种方法适用于大范围地下水位的变化监测。这些测量技术为地下水位变化的监测提供了多种选择，根据具体情况选择合适的方法来获取准确的地下水位数据，能够更合理地对地下水位变化进行分析和管理。图 1 卫星遥感监测地下水位2.3 地下水位监测的数据分析方法地下水位监测的数据分析方法包括统计分析、时空变化分析和模型模拟等。统计分析方法主要包括平均值、标准差、趋势分析和相关性分析等，用于总结和描述地下水位的变化特征。时空变化分析方法是通过时序分析和空间插值等技术，对地下水位数据进行揭示和预测。模型模拟方法是利用数学模型对地下水位变化进行模拟和预测，如地下水数值模拟和人工神经网络模型等2。3矿井深部开采对地下水位变化的影响案例分析3.1 案例概况选取位于山西省的某煤矿深部开采项目进行研究。该煤矿采用长壁工作面开采方法，矿井开采深度达 1000m 以上。矿井周围地质条件复杂，含有多个地下含水层，主要含水层为 J 层和 K 层。煤矿配备了完善的排水系统，包括 4 口抽水井、密集的排水巷道和覆盖整个矿区的排水管网。3.2 监测数据分析与结果展示在该煤矿的开采过程中，进行了长期的地下水位监测工作。监测点位于矿井附近和远离矿井的不同位置，共设有 12 个监测点。地下水位监测数据及分析结果如表 1 所示。表 1 地下水位监测数据监测点位置矿井附近监测点1矿井附近监测点2矿井附近监测点3矿井附近监测点4矿井附近监测点5矿井附近监测点6矿井附近监测点7矿井附近监测点8矿井附近监测点9矿井附近监测点10远离矿井监测点1远离矿井监测点2地下水位变化下降15m下降12m下降10m下降18m下降14m下降16m下降8m下降6m下降5m下降7m下降2m下降1m开采活动影响明显受到影响明显受到影响明显受到影响明显受到影响明显受到影响明显受到影响适度受到影响适度受到影响适度受到影响适度受到影响较小影响较小影响3.2.1时序变化分析通过对长期监测数据的分析，观察到地下水位有明显的下降趋势。在矿井开采初期，地下水位略有上升，这是由于开采活动对地下水的影响，以及排水系统处于启动阶段。然而，随着矿井开掘活动的不断进行，矿井排水系统逐渐稳定，地下水位开始呈现出稳定的下降趋势。3.2.2空间分布分析通过对监测点的空间分析，发现地下水位的下降主要集中在矿井区域范围内。在距离矿井较远的监测点，地下水位的变化较小，表明开采活动对地下水位的影响主要局限于矿井附近区域范围内。3.2.3与开采活动的关联性分析进一步的数据分析显示，地下水位下降速度与采煤工作面的推进速度密切相关。随着采煤工作面的不断推进，地下水位下降的速度逐渐增加。此外，抽水井的排水量与地下水位变化呈现负相关关系，排水量的增加会导致地下水位下降。3.3 影响因素分析通过对案例的分析，发现矿井深部开采对地下水位变化的影响受多个因素的影响：3.3.1煤层特征煤层的渗透性和含水量对地下水的流动和排泄能力产生重要影响。煤层较高的渗透性和含水量会导 致 地 下 水 排 泄 速 度 更 快，从 而 加 速 地 下 水 位 的下降。3.3.2排水系统运行方式排水系统的运行方式包括抽水井的设置和排水管网的布置。合理的排水系统能够有效控制地下水位的变化。在该案例中，煤矿采取了多口抽水井和覆41煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 地 质盖全矿区的排水管网，以确保地下水位稳定。3.3.3地质条件地下水的补给和排泄条件对地下水位的稳定性和变化范围有重要影响。该案例中，矿区地质条件复杂，存 在 多 个 含 水 层，对 地 下 水 位 的 变 化 产 生 重 要影响。3.3.4采煤方法和矿井开采规模采煤方法的选择和矿井开采规模的大小直接影响煤矿对地下水的排泄量，进而影响地下水位的变化情况。在该案例中，长壁工作面的开采方法和深部开采规模较大，对地下水位产生了明显影响3。4矿井开采对地下水位变化的影响控制与管理在矿井开采过程中需要有效控制与管理矿井开采对地下水位变化的影响，以保护地下水资源和降低对环境的影响4。4.1 矿井设计与规划中的地下水位管理矿井设计与规划中的地下水位管理是关键考虑因素之一。在矿井设计阶段，需要充分考虑地下水位的现状和变化趋势，以确保矿井开采对地下水位的影响最小化。合理设置抽水井和井下排水系统，可有效控制地下水位的变化。通过合理的矿井设计，能够降低地下水位的下降速度，并保持矿井周边地下水位的稳定，有助于减少对周边地下水资源的消耗和对环境的影响，促进矿井开采的可持续发展5。4.2 深部开采中的地下水位控制技术矿井深部开采中的地下水位控制技术对维持矿井周边地下水位的稳定性至关重要6。常用技术包括井底抽水、抽水井联合排水、压力管理和水文地质监测等。通过合理设置抽水井，及时抽取井下地下水，控制地下水位的下降速度，可以维持稳定的地下水位。这些技术的应用有助于减缓地下水位的变化，避免对地下水资源的过度消耗，保护矿井周边环境的水文地质安全。深部开采中的地下水位控制技术为矿井开采的可持续发展和环境保护提供了重要支持7-9。4.3 环境保护措施为了减小矿井开采对地下水位变化的影响，需要采取一系列环境保护措施。首先，建立完善的地下水位监测系统，通过实时监测地下水位的变化，及时掌握情况并进行调整。其次，加强井下排水系统的管理，合理调控抽水量，确保开采活动不会过度消耗地下水资源。同时，开展井上、井下水文地质调查工作，深入了解地下水的补给和排泄条件，为合理开采提供依据。同时开展环境影响评价，全面评估矿井开采对地下水位的潜在影响，并制订相应的环境保护措施。最后，制订应急预案，保障矿井及周边环境的安全性。采取这些环境保护措施，可以最大限度地减小矿井开采对地下水位变化的不利影响，保护矿井及周边区域的生态环境。5结语煤矿开采对地下水位变化有直接和间接的影响。直接影响包括地下水位的下降和水位下降速度的变化，间接影响主要体现为地下水位的空间分布和与开采活动的关联性。地下水位变化受多个因素影响，包括煤层特征、排水系统运行方式、地质条件、采煤方法和矿井开采规模。为了控制和管理矿井开采对地下水位变化的影响，需要在矿井设计、规划以及采煤过程中统筹地下水位管理，采取适当的地下水位控制技术。此外，环境保护措施也应加强，包括地下水位监测、水资源管理和环境影响评价，这对矿井开采环境保护和矿业可持续发展有重要意义。参考文献：1孙绍波，许光泉，窦春远，等.顾北煤矿岩溶地下水动态特征及影响因素分析J.地球科学前沿，2021（12）：11.2皇甫美俊.煤矿深部开采存在的问题及对策探讨J.科技创新与应用，2012（19）：86.3朱刘娟，栗红喜，陈俊杰.煤矿深部开采存在的问题及对策探讨J.煤炭技术，2007（6）：146-147.4赵春虎，王世东，姬中奎，等.蒙陕矿区深部煤层开采顶板含水层失水特征与钻孔注水帷幕保护分析J.煤田地质与勘探，2023（5）：88-98.5蓝航，陈东科，毛德兵.我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析J.煤炭科学技术，2016（1）：39-46.6刘文龙.深部开采大断面硐室底鼓控制技术研究J.化工中间体，2021（2）：110-111.7李来忠.小保当一号矿井开采对地表水体的影响研究D.西安：西安科技大学，2016.8乔伟.矿井深部裂隙岩溶富水规律及底板突水危险性评价研究D.徐州：中国矿业大学，2011.9王振兴，侯新伟，李向全，等.北方岩溶区煤炭开采对地下水的影响研究J.人民黄河，2019（2）：76-82.责任编辑：宋潇潇42