1.一种保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、获取矿区内各矿井地质和水文地质资料;
步骤二、以矿井为计算单元,计算矿区内各矿井的吨煤水资源量;
步骤三、根据步骤二中计算的吨煤水资源量将矿井划分为不同的浅表层水资源类型,形成矿井吨煤水资源存储量等级图;
步骤四、根据煤层厚度和顶板岩层坚硬程度计算导水裂缝带高度,获得残余土层厚度;
步骤五、根据浅表层水漏失量与浅表层水补给量关系确定保护层厚度,将所述保护层厚度与步骤四所述残余土层厚度进行比较,对矿井进行保水采煤环境工程地质模式划分,形成矿井环境工程地质模式分布图;
步骤六、将步骤三所述矿井吨煤水资源存储量等级图和步骤五所述矿井环境工程地质模式分布图叠加,对矿区保水采煤矿井/矿区进行等级划分。
2.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤一所述地质和水文地质资料包括土层厚度、煤层厚度、煤层埋深、基岩厚度、顶板岩层坚硬程度、地表水动态监测点数据和钻孔揭露的含水层资料。
3.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤一具体为:
采用钻探、物探及原位监测的方法获得土层厚度、煤层厚度、煤层埋深、基岩厚度、地表水动态监测点数据和钻孔揭露的含水层资料;通过室内岩石力学实验方法获取顶板岩层坚硬程度。
4.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤二以矿井为计算单元,计算矿区内各矿井的吨煤水资源量具体包括以下步骤:步骤2.1、分别确定对矿井有直接的供水意义和生态价值的浅表层水资源,包括地表水系水资源和潜水水资源,根据步骤一中获取的水文地质资料,分别计算所述地表水系水资源单位面积静储存量和潜水水资源单位面积静储存量;
步骤2.2、根据步骤2.1的结果,计算矿井浅表层水资源单位面积总储存量;
步骤2.3、根据煤层钻孔数据,计算各矿井的首采煤层单位面积可采储存量;
步骤2.4、以矿井为计算单元,计算步骤2.2所述矿井浅表层水资源单位面积总储存量与步骤2.3所述首采煤层单位面积可采储存量的比值,所述比值即为矿井的吨煤水资源量。
5.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤2.1中分别计算所述地表水系水资源和潜水水资源的单位面积静储存量,具体为:根据每条河流的水资源静储量计算河流水资源静总储存量;计算潜水地下水的容积储存量W容;根据结果计算地表水系水资源单位面积静储存量和潜水水资源单位面积静储存量,其中,每条河流的水资源静储量计算公式为:Qj=Q×L/V,式中Qj为每条河流静储量,Q为流量,L为河流长度,V为流速;
潜水地下水容积储存量的计算公式为:W容=μ·V,式中W容为地下水的容积储存量;μ为含水介质的给水度,无因次;V为潜水含水层的体积。
6.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤三所述浅表层水资源类型包括吨煤浅表层水资源贫乏型、吨煤浅表层水资源中等型和吨煤浅表层水资源丰富型,当矿井的吨煤水资源量大于等于开采吨煤消耗水资源量最大值时,所述矿井为吨煤浅表层水资源丰富型矿井;
当矿井的吨煤水资源量大于开采吨煤消耗水资源量最小值,且小于开采吨煤消耗水资源量最大值时,所述矿井为吨煤浅表层水资源中等型矿井;
当矿井的吨煤水资源量小于开采吨煤消耗水资源量最小值时,所述矿井为吨煤浅表层水资源贫乏型矿井。
7.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤四具体为,根据获得的煤层厚度和顶板岩层坚硬程度,采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》推荐的导水裂缝带高度预计公式计算矿井导水裂缝带高度,通过矿井导水裂缝带高度与矿区煤层埋深叠加分析,结合基岩厚度和土层厚度分析,确定导水裂缝带以上土层厚度,所述土层厚度即为残余土层厚度。
8.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤五具体为:
采集开采区含隔水层渗透系数和浅表层水水头这些水文地质参数,根据浅表层水漏失量与沉降引起的侧向补给增加流量关系确定的保护层厚度为环境友好型与环境渐变恢复型阈值;根据浅表层水漏失量与一个水文年浅表层水补给量的关系确定的保护层厚度为环境渐变恢复型与环境渐变恶化型阈值;保护层厚度等于零为环境渐变恶化型与环境灾变型阈值;根据步骤四所述残余土层厚度与各阈值的比较结果,确定矿井保水采煤环境工程地质模式类型。
9.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,环境友好型与环境渐变恢复型阈值、环境渐变恢复型与环境渐变恶化型阈值通过 计算,式中M为保护层厚度,ΔQ为沉降引起侧向补给增加流量或一个水文年浅表层水补给量,K为隔水土层渗透系数,ΔH为渗透水压力差,F为渗透面积,t为渗透时间。
10.根据权利要求1所述保水采煤矿井/矿区等级划分方法,其特征在于,步骤六具体为,环境渐变恢复型和环境友好型的矿井为正常开采矿井类型;吨煤水资源富水性等级为吨煤浅表层水资源丰富型,且环境工程地质模式为灾变型或者渐变恶化型的矿井为一级保水采煤矿井;吨煤水资源富水性等级为吨煤浅表层水资源中等型,且环境工程地质模式为灾变型或者渐变恶化型的矿井为二级保水采煤矿井;吨煤水资源富水性等级为吨煤浅表层水资源贫乏型,且环境工程地质模式为灾变型或者渐变恶化型的矿井为三级保水采煤矿井。