1.开采煤层顶底板碎屑岩类含水层富水性定量预测方法,其特征是,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-地质构造复合预测模型;
F.碎屑岩类含水层富水性科学区划与定量评价:基于岩性结构-地质构造复合预测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。
2.如权利要求1所述的方法,其特征是,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)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。
3.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤B中确定煤层开采导致顶底板岩层扰动范围具体包:a)对开采工作面充水的含水层主要位于煤层开采扰动范围之内,运用理论分析、现场试验及模型试验研究手段,确定煤层开采时引起的顶板导水裂缝带发育范围及底板破坏带深度;
b)结合研究区钻孔揭露的地层结构特征,圈定煤层开采造成的顶底板岩层扰动范围:若导水裂缝带上界或底板采动破坏带下界岩层为隔水层,则表明开采扰动范围内的含水层完全破坏,则开采扰动范围即为导水裂缝带及底板采动破坏带;
若导水裂缝带上界或底板采动破坏带下界岩层为含水层,则表明此处含水层未完全破坏,则保持了含水层的水力联系,对该含水层进行水力补给,因此开采扰动范围比导水裂缝带及采动破坏带范围要大,需将未破坏含水层包含进去。
4.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤C中研究区沉积特征评价具体包括:(1)考虑碎屑含水层粒径大小、含水层-隔水层沉积间隔、含水层岩性及单层厚度对煤层顶板富水性影响,提出运用岩性结构系数LSC表征顶板扰动区内岩层富水程度;
式中:i—含水层数量,h(wb)i—第i个含水层单层厚度,m;ri—第i个含水层厚度等效系数;R—顶板扰动带中含水层所占比重,即含水层累计厚度与扰动带高度之比;n—顶板扰动带内含水层-隔水层转换界面数量;
(2)为便于确定富水性分区指标,采用极差标准化方法将各钻孔LSC数据进行标准化处理,获得各钻孔煤层顶板扰动区顶板岩性结构系数标准值
5.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤D中研究区地质构造复杂程度定量评价具体包括:a)采用相似维方法描述研究区地质构造复杂程度,获得研究区断裂构造分维值D(fa)s及褶曲分维值D(fao)s;b)基于研究区或邻区已有水害资料,结合“征集专家评分”的方法,确定断裂构造引发水害所占权值a以及褶曲引发水害所占权值b;
c)根据步骤a)和步骤b)中计算的断裂构造分维值D(fa)s、褶曲分维值D(fao)s、断裂构造权值a以及褶曲权值b,构建构造复杂程度评价模型,获取构造综合复杂程度特征值Ds,定量表征研究区地质构造复杂程度;
Ds=a·D(fa)s+b·D(fao)sα
式中:Ds—构造综合复杂程度特征值,D(fa)s—断裂构造分维值,D(fao)s—褶曲分维值,a—断裂构造权值,b—褶曲权值;
d)采用极差标准化方法将Ds数据进行标准化处理,获得构造复杂性标准值
6.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤E中构建岩性结构-地质构造预测模型,综合评价碎屑岩类含水层富水性具体包括:a)综合考量岩性结构特征以及地质构造发育程度,利用征集专家评分法或聚类分析或模糊数学非线性数学方法,确定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α及β;
b)构建富水性评价的岩性结构-地质构造复合预测模型
式中:F—富水程度值,α—岩性结构权值,β—地质构造发育程度权值; —岩性结构系数标准值, —构造复杂性标准值。
7.如权利要求6所述的方法,其特征是,所述步骤F种富水性科学区划与定量评价具体包括:a)基于岩性结构-地质构造复合预测模型,应用GIS与数据融合技术,绘制富水性赋值分布平面图;
b)分析研究区已开展的顶底板含水层富水性地球物理探测结果,确定富水性分区阈值区间;
c)提出研究区顶板岩层富水性等级划分方法,绘制含水层富水性分区图;
d)含水层富水性分区划分为强富水区、中等富水区及弱富水区3个等级。
8.如权利要求7所述的方法,其特征是,步骤d)中:
F≥0.55为强富水区;
0.35<F<0.55为中等富水区;
F≤0.35为弱富水区。