煤田水文地質(zhì)的研究成果是確定煤礦開發(fā)的先決條件,也是煤炭資源開采工作的重要安全保障,對(duì)煤炭單位安全生產(chǎn)具有重要的影響作用。然而我國煤礦開發(fā)過程中對(duì)此問題的關(guān)注程度不夠,進(jìn)而導(dǎo)致水文地質(zhì)工作質(zhì)量下降,礦井水文地質(zhì)條件不能夠很好地查明,尤為明顯的是礦井涌水量的預(yù)測數(shù)據(jù)較實(shí)際情況出入較大,無法為后續(xù)制定礦井水害防治對(duì)策提供有力依據(jù)。分層抽水系統(tǒng)作為一種精細(xì)獲取水文地質(zhì)參數(shù)的重要技術(shù)設(shè)備,近年來已陸續(xù)在煤田水文地質(zhì)勘查領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。

我國大多數(shù)礦區(qū)煤層主要是以沉積形成的泥巖類地層為主,煤層頂?shù)装鍘r性多為泥巖、粉砂巖等,煤系富水性弱且補(bǔ)給強(qiáng)度低。進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)的勘查孔多為裸眼,井內(nèi)環(huán)境復(fù)雜(井徑不規(guī)則,存在坍塌、掉塊等問題地層),鉆孔深度相較于水文孔深度較深(一般為400-1000米)且要求的取水設(shè)備揚(yáng)程很大、出水量小。這對(duì)系統(tǒng)的整體止水性能、耐壓能力和配套水泵參數(shù)指標(biāo)都提出了極為苛刻的要求。
通過優(yōu)化分層抽水設(shè)計(jì)、改進(jìn)儀器設(shè)備、合理設(shè)置抽水層段及止水位置、控制洗井質(zhì)量和配套適宜的取水設(shè)備等工序,基本克服了煤田水文地質(zhì)分層抽水的出現(xiàn)的一些技術(shù)難題,保證分層抽水試驗(yàn)的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦充水含水層水文條件的精細(xì)勘查。

2018年,山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)使用分層抽水系統(tǒng)在陜西亭南煤礦開展分層抽水和分層觀測試驗(yàn),對(duì)礦區(qū)涌水量進(jìn)行預(yù)測,通過現(xiàn)場試驗(yàn)取得良好的效果。為查明洛河組內(nèi)部主要含水層段,研究含水層非均質(zhì)特征,進(jìn)一步優(yōu)化礦井治水措施和煤礦白堊系洛河組含水層水害防治工作提供有力的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果也為亭南煤礦進(jìn)一步分析煤層底板油頁巖深度及分布范圍提供真實(shí)可靠依據(jù)。
2019年,陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)使用系統(tǒng)在陜西榆林市神木縣小保當(dāng)煤礦(井深400米,靜水位76米,分13層)開展分層抽水試驗(yàn),通過取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)礦區(qū)多個(gè)地層進(jìn)行隔水透水性能定量計(jì)算與評(píng)價(jià),從煤體結(jié)構(gòu)特征和礦井水文地質(zhì)條件多方面進(jìn)行綜合研究,揭示煤體含水層的形成與演化機(jī)制。

2019年,中煤科工集團(tuán)西安研究院目前正在使用系統(tǒng)在陜西省長武縣孟村(井深532m,靜水位約為177m,分10層)和馬寨村(井深882m,靜水位約為260m,分10層)二眼井中開展抽水試驗(yàn)。針對(duì)先期潛水泵在礦井分層試驗(yàn)的出現(xiàn)諸多問題,通過多方協(xié)調(diào)與技術(shù)攻關(guān),克服目前我國小流量高揚(yáng)程水泵受結(jié)構(gòu)、材料、制造和裝配工藝的難題,探索出了適宜煤田孔抽水試驗(yàn)的取水設(shè)備。試驗(yàn)為后續(xù)獲取水文地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料、重點(diǎn)對(duì)白堊系洛河組含水層進(jìn)行精細(xì)化勘探研究、對(duì)煤層與洛河組之間地層隔水性能研究和完善礦井水情動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。
該系統(tǒng)在煤田水文地質(zhì)勘探領(lǐng)域的初步應(yīng)用,拓寬了設(shè)備技術(shù)應(yīng)用范圍的新認(rèn)識(shí),后期我們會(huì)根據(jù)多次應(yīng)用案例中出現(xiàn)問題進(jìn)行總結(jié),繼續(xù)加大系統(tǒng)關(guān)鍵部件抗壓能力、抗絕緣等級(jí)、抗疲勞等級(jí)和實(shí)用性能的研究與開發(fā)力度,提高設(shè)備的參數(shù)指標(biāo)和使用極限,為水文地質(zhì)勘查試驗(yàn)提供極端和復(fù)雜條件下的技術(shù)儲(chǔ)備和保障。