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专利名称：煤层上覆含水层水位的观测方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110945397.1

专利申请（专利权）人：华能铜川照金煤电有限公司西川煤矿分公司
权利人地址：陕西省铜川市耀州区庙湾镇玉门村

专利发明（设计）人：刘成波,刘博,苗于惠,王谦磊

专利摘要：本发明公开了一种煤层上覆含水层水位的观测方法，其特征在于，包括：在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井。提钻后、下钻前各进行一次水位观测，且时间间隔不少于5分钟。终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测。进行冲孔、排渣、探孔、配管和下管操作。对监测井进行洗井操作，并检查洗井效果。借此，本发明的煤层上覆含水层水位的观测方法，可以查清煤矿开采对地下水位的影响，且可以实现地下水资源优化配置及科学管理。

主权利要求：
1.一种煤层上覆含水层水位的观测方法，其特征在于，包括：
在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井；
提钻后、下钻前各进行一次水位观测，且时间间隔不少于5分钟；
终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测；
进行冲孔、排渣、探孔、配管和下管操作；以及
对监测井进行洗井操作，并检查洗井效果；
完成监测辅助设施建设，监测辅助设施包括监测井保护设施、标识牌、井台、水准点和自动化监测仪；
其中，在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井包括：采用机械岩芯钻探成监测井，开孔孔径为425mm，在第四系底部变径，穿过第四系松散层及强风化岩层进入洛河组基岩后，变径
219mm孔径的合金钻头钻进至终孔，终孔孔径不小于219mm；钻探施工采用套管护壁钻进工艺减少井液漏失；地层由软变硬至洛河组基岩时，少加压，由硬变软时，将钻杆稍提起，再慢慢加压，防止出现钻斜井孔；出现地层变化或发生孔内事故时，提钻时，要准确丈量机上余尺，停钻时，将钻具提至安全位置或提出孔外，同时保证井孔内水压；松散地层、碎屑岩类地层采用泥浆护壁钻进，洛河组完整基岩地层采用清水钻进；钻进时补充冲洗液，停钻时将钻具及时提离孔底；地下水监测目标为洛河组砂岩含水层，考虑井底泥沙沉淀的影响，凿穿整个洛河组含水层，终孔位置要深入洛河组底部宜君组相对隔水层5m，以确定进入宜君组；
其中，提钻后、下钻前各进行一次水位观测中的所述水位观测的内容包括：初见静止水位、静止水位、恢复水位、孔内水位变化、循环液温度变化、循环液消耗漏失、自流以及钻具放空；每小时进行1次冲洗液消耗量观测，如发生孔内漏水，增加至每30分钟观测一次；若漏水量较大，开大泵量，观测其最大漏水量；若涌水，详细记录层位水量水柱高度；对钻孔中出现的坍塌及其掉块现象做详细记录；
其中，终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测，观测时间间隔为1分钟、2分钟、3分钟、3分钟、4分钟、5分钟、7分钟、8分钟、10分钟、15分钟，以后每30分钟观测一次，直到水位稳定为止，且水位在2小时内上升小于3cm，则视为水位稳定值；
其中，钻探过程中和下管前进行孔深校正，每钻进50m及终孔进行孔深校正，并做好孔深校正记录；监测井设计为直孔，开孔时校正好立轴，见基岩、下套管或换径、校正孔深及终孔后均应测孔斜；每钻进50m及终孔需要进行孔斜校正，钻孔孔斜不应大于1度/100m，本地下水监测井终孔孔斜要求不大于3°；
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其中，进行所述冲孔和排渣包括：将孔内冲洗液粘度降低至20s内，密度小于1.15g/cm ，若护壁泥浆过厚，先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮；管前应校正孔深，确定下管深度，过滤管长度和安装位置；认真逐根丈量井管长度，确保下管深度和过滤管安装位置准确无误，以保证井管安装、填砾和洗井工作的顺利进行；
其中，所述探孔包括：用探孔器直径比孔径小20mm，长度为5～8m的钢管对所述监测井进行探孔；
其中，所述配管包括：根据井管安装方案，用钢尺丈量每根井管的长度，保证确保下管深度及位置准确无误；
其中，下管时保证松散层孔壁与管壁的环状间隙不小于50mm，下管时应设扶正器，保证井管位于孔中心，下管期间应保持孔内液面与孔口；
其中，对所述监测井进行洗井操作包括：使用空压机清除孔内泥浆，至井内完全出清水止，再用污水泵反复进行抽洗，抽洗次数不少于6次；洗井在成井4小时内进行，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化难以破坏，影响渗水效果；
其中，检查洗井效果为抽水1h后，含砂量质量比小于1/200000认为洗井合格，不合格时需要继续洗井，并对洗井效果进行检验，直到合格为止；
监测井保护设施采用井口保护装置；砌筑钢筋混凝土井台基座：井管高出地面部分修筑水泥基座作为井台，井台设计为圆柱体混凝土台，设计井管高出1m，井台设置为1.2m，基座采用C30钢筋混凝土和Φ8mm纵筋在一个圆筒型模具浇筑，直径500mm，高800mm，其中地面以上400～500mm，地面以下300～400mm，浇筑时地面需要下挖到规定深度并夯实；
井管高出地面部分修筑水泥基座做为井台，设定井口固定点，台面放置监测设备；井台设计为圆柱体混凝土台，高度根据井管高出地面情况，设置为1.2m；井口旁预埋铁件做为固定点高程，井台上要有安装仪器标记，井口有铁盖；井台具体尺寸根据井房和保护设施尺寸确定；
监测站水准标石顶面的水准标志采用加接铁质根络的铜或不锈钢半球顶的标志，也可采用玻璃钢或石质标志；监测站水准标石埋设应为混凝土普通水准标石；监测点水准标石埋设，既要符合监测点建设原则与经验，还要遵循测绘规范，选择在稳定安全、可以长期保存和便于使用的地点；带站房保护设施的监测站，在设计的站房面积内，根据地质情况，以便于水准测量为原则，合理布局监测站与水准标石的相对关系。 说明书 : 煤层上覆含水层水位的观测方法技术领域[0001] 本发明是关于煤矿开采技术领域，特别是关于一种煤层上覆含水层水位的观测方法。背景技术[0002] 现有西川煤矿煤层上覆地层中，主要受白垩系下统洛河组砂岩裂隙孔隙含水层影响，该层全区分布，厚度161.30～373.04m，平均厚度268.54m，岩性以棕红色厚层状中粒砂岩为主，中、上部夹紫灰色砾岩多层。该层分布广，厚度大，富水性好，为区域的主要含水层，富水性弱?中等。但现有对煤层开采时，并不清楚煤矿开采对地下水位的影响，从而无法对地下水资源进行优化配置及科学管理。[0003] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种煤层上覆含水层水位的观测方法，可以查清煤矿开采对地下水位的影响，且可以实现地下水资源优化配置及科学管理。[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种煤层上覆含水层水位的观测方法，其特征在于，包括：在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井。提钻后、下钻前各进行一次水位观测，且时间间隔不少于5分钟。终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测。进行冲孔、排渣、探孔、配管和下管操作。对监测井进行洗井操作，并检查洗井效果。[0006] 在本发明的一实施方式中，在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井包括：采用机械岩芯钻探成监测井，开孔孔径为425mm，在第四系底部变径，终孔孔径为219mm。[0007] 在本发明的一实施方式中，水位观测的内容包括：初见静止水位、静止水位、恢复水位、孔内水位变化、循环液温度变化、循环液消耗漏失、自流、钻具放空及其他异常现象。[0008] 在本发明的一实施方式中，终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测，直到水位稳定为止，且水位在2小时内上升小于3cm，则可视为水位稳定值。[0009] 在本发明的一实施方式中，进行所述冲孔和排渣包括：将孔内冲洗液粘度降低至20s内，密度小于1.15g/cm3，若护壁泥浆过厚，先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮。[0010] 在本发明的一实施方式中，探孔包括：用探孔器直径比孔径小20mm，长度为5～8m的钢管对所述监测井进行探孔。[0011] 在本发明的一实施方式中，配管包括：根据井管安装方案，用钢尺丈量每根井管的长度，保证确保下管深度及位置准确无误。[0012] 在本发明的一实施方式中，下管时保证松散层孔壁与管壁的环状间隙不小于50mm，下管时应设扶正器，保证井管位于孔中心，下管期间应保持孔内液面与孔口。[0013] 在本发明的一实施方式中，对所述监测井进行洗井操作包括：使用空压机清除孔内泥浆，至井内完全出清水止，再用污水泵反复进行抽洗，抽洗次数不少于6次。[0014] 在本发明的一实施方式中，检查洗井效果为抽水1h后，含砂量质量比小于1/200000认为洗井合格，不合格时需要继续洗井，并对洗井效果进行检验，直到合格为止。[0015] 与现有技术相比，根据本发明的煤层上覆含水层水位的观测方法，可以查清煤矿开采对地下水位的影响，且可以实现地下水资源优化配置及科学管理。附图说明[0016] 图1是根据本发明一实施方式的煤层上覆含水层水位的观测方法的流程示意图。具体实施方式[0017] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。[0018] 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。[0019] 图1是根据本发明一实施方式的煤层上覆含水层水位的观测方法的流程示意图。如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种煤层上覆含水层水位的观测方法，其特征在于，包括：S1，在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井。S2，提钻后、下钻前各进行一次水位观测，且时间间隔不少于5分钟。S3，终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测。S4，进行冲孔、排渣、探孔、配管和下管操作。S5，对监测井进行洗井操作，并检查洗井效果。[0020] 在本发明的一实施方式中，在煤层上采用机械岩芯钻探成监测井包括：采用机械岩芯钻探成监测井，开孔孔径为425mm，在第四系底部变径，终孔孔径为219mm。[0021] 在本发明的一实施方式中，水位观测的内容包括：初见静止水位、静止水位、恢复水位、孔内水位变化、循环液温度变化、循环液消耗漏失、自流、钻具放空及其他异常现象。[0022] 在本发明的一实施方式中，终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测，直到水位稳定为止，且水位在2小时内上升小于3cm，则可视为水位稳定值。[0023] 在本发明的一实施方式中，进行所述冲孔和排渣包括：将孔内冲洗液粘度降低至20s内，密度小于1.15g/cm3，若护壁泥浆过厚，先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮。[0024] 在本发明的一实施方式中，探孔包括：用探孔器直径比孔径小20mm，长度为5～8m的钢管对所述监测井进行探孔。[0025] 在本发明的一实施方式中，配管包括：根据井管安装方案，用钢尺丈量每根井管的长度，保证确保下管深度及位置准确无误。[0026] 在本发明的一实施方式中，下管时保证松散层孔壁与管壁的环状间隙不小于50mm，下管时应设扶正器，保证井管位于孔中心，下管期间应保持孔内液面与孔口。[0027] 在本发明的一实施方式中，对所述监测井进行洗井操作包括：使用空压机清除孔内泥浆，至井内完全出清水止，再用污水泵反复进行抽洗，抽洗次数不少于6次。[0028] 在本发明的一实施方式中，检查洗井效果为抽水1h后，含砂量质量比小于1/200000认为洗井合格，不合格时需要继续洗井，并对洗井效果进行检验，直到合格为止。[0029] 在实际应用中，本发明的煤层上覆含水层水位的观测方法的工程量为：1、施工地下水监测井1个，钻井深度202m；2、安装1套地下水自动化监测仪；3、完成1个监测井保护设施、水准点、标志牌等辅助设施建设。[0030] 采用机械岩芯钻探成井，开孔孔径425mm，在第四系底部变径，终孔孔径219mm。[0031] 1、钻进[0032] (1)该监测井采用机械岩芯钻探成井，开孔孔径425mm，穿过第四系松散层及强风化岩层进入洛河组基岩后，变径219mm孔径的合金钻头钻进至终孔，终孔孔径不小于219mm。[0033] (2)钻探施工宜采用套管护壁钻进工艺减少井液漏失。井液中不得添加有毒有害物质。在松散层以内应轻压、慢转，以防出现孔斜；发现钻机阻力大时，要及时提动钻具。地层由软变硬至洛河组基岩时，要少加压，由硬变软时，应将钻杆稍提起，再慢慢加压，防止出现钻斜井孔。出现地层变化或发生孔内事故时，提钻时，要准确丈量机上余尺，停钻时，应将钻具提至安全位置或提出孔外，同时保证井孔内水压，必要时循环泥浆，防止井孔坍塌。[0034] (3)松散地层、碎屑岩类地层可采用泥浆护壁钻进，洛河组完整基岩地层可采用清水钻进。[0035] (4)钻进时补充冲洗液，停钻时应将钻具及时提离孔底。[0036] (5)地下水监测目标为洛河组砂岩含水层，考虑井底泥沙沉淀的影响，应凿穿整个洛河组含水层，终孔位置要深入洛河组底部宜君组相对隔水层5m，以确定进入宜君组。[0037] 2、钻探施工要求[0038] (1)简易水文观测[0039] 提钻后、下钻前各进行一次水位观测，时间间隔不少于5分钟。观测内容有：初见静止水位、静止水位、恢复水位、孔内水位变化、循环液温度变化、循环液消耗漏失、自流、钻具放空及其他异常现象，并及时认真记录到原始资料中。每小时进行1次冲洗液消耗量观测，如发生孔内漏水，可增加至每30分钟观测一次。若漏水量较大，应开大泵量，观测其最大漏水量；若涌水，应详细记录层位水量水柱高度等。对钻孔中出现的坍塌及其掉块现象要做详细记录。[0040] 终孔后，用清水更换泥浆，进行钻孔稳定水位观测，观测时间间隔为1、2、3、3、4、5、7、8、10、15(分)，以后每30分钟观测一次直到水位稳定为止。如水位在2小时内上升小于3cm，可视为水位稳定值。[0041] (2)取芯及取样[0042] 本矿井勘探资料丰富，井田内地层结构资料完整、沉积规律认识清楚，拟建监测井附近XC2孔具有完整的岩芯编录资料，所以拟建监测井不采取岩芯。[0043] (3)孔深校正[0044] 钻探过程中和下管前应进行孔深校正。每钻进50m及终孔需要进行孔深校正，并做好孔深校正记录。孔深误差小于千分之一。如超差必须重新丈量，找出原因，合理平差。抽水试验后钻机撤离前探测一次井深，沉渣大于0.5m时须进行清除。[0045] (4)孔斜要求[0046] 监测井设计为直孔，开孔时要校正好立轴。见基岩、下套管或换径、校正孔深及终孔后均应测孔斜。每钻进50m及终孔需要进行孔斜校正，钻孔孔斜不应大于1度/100m，本地下水监测井终孔孔斜要求不大于3°。[0047] 3、下管技术要求[0048] 冲孔、排渣：下管之前必须排渣，将孔内冲洗液粘度降低至20s内，密度小于1.15g/cm3，若护壁泥浆过厚，可以先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮。管前应校正孔深，确定下管深度，过滤管长度和安装位置。认真逐根丈量井管长度，确保下管深度和过滤管安装位置准确无误，以保证井管安装、填砾和洗井工作的顺利进行。[0049] 探孔：为保证井管安装能安全、顺利地进行，在井管下入前要进行探孔，所用探孔器直径比孔径小20mm，长度为5～8m的钢管，经探孔确认钻孔圆直、畅通无阻后方能安装井管。[0050] 配管：根据井管安装方案，用钢尺丈量每根井管的长度，保证确保下管深度及位置准确无误。[0051] 下管：下管时保证松散层孔壁与管壁的环状间隙不小于50mm，下管时应设扶正器，保证井管位于孔中心，下管期间应保持孔内液面与孔口。[0052] 4、洗井方案[0053] (1)洗井方法[0054] 该监测井包含多个含水层，上部为第四系松散含水层，下部主要为基岩裸井含水层，参照《指导方案》，本监测井选择空压机震荡大降深连续抽水洗井的联合洗井方法，按照《水文水井地质钻探规程》(DZ/T0148?2014)，空压机清除孔内泥浆，至井内完全出清水止，再用污水泵反复进行抽洗，抽洗次数不得少于6次。洗井应在成井4小时内进行，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化难以破坏，影响渗水效果。[0055] (2)洗井效果检查[0056] 洗井结束后应对洗井效果进行检验，抽水1h后，含砂量质量比小于1/200000认为洗井合格，不合格时需要继续洗井，并对洗井效果进行检验，直到合格为止。[0057] 监测辅助设施包括监测井保护设施、标识牌、井台、水准点和自动化监测仪等。[0058] 1、监测井保护设施[0059] 监测井保护设施采用井口保护装置。[0060] 砌筑钢筋混凝土井台基座：井管高出地面部分修筑水泥基座作为井台。井台设计为圆柱体混凝土台，设计井管高出1m，井台设置为1.2m。基座采用C30钢筋混凝土和Φ8mm纵筋在一个圆筒型模具浇筑，直径500mm，高800mm，其中地面以上400～500mm，地面以下300～400mm，浇筑时地面需要下挖到规定深度并夯实。[0061] 2、井台[0062] 井管高出地面部分修筑水泥基座做为井台，设定井口固定点，台面放置监测设备。井台设计为圆柱体混凝土台，高度根据井管高出地面情况，设置为1.2m。井口旁预埋铁件做为固定点高程，井台上要有安装仪器标记，井口有铁盖。井台具体尺寸可根据井房和保护设施尺寸确定。[0063] 3、水准点[0064] (1)水准标志[0065] 监测站水准标石顶面的水准标志采用加接铁质根络的铜或不锈钢半球顶的标志，也可采用玻璃钢或石质标志，[0066] (2)水准标石点[0067] 监测站水准标石埋设应为混凝土普通水准标石。[0068] 监测点水准标石埋设，既要符合监测点建设原则与经验，还要遵循测绘规范，尽量选择在稳定安全、可以长期保存和便于使用的地点。而不应选择在：易于淹没、潮湿或地下水位甚高的地点；土堆、河堤、冲击层河岸以及其他土质松软、地下水位变化大的地点；有土崩、滑坡、沉陷、隆起等地壳局部变形较大的地点；距铁路50m或距公路20m以内以及其他易于受震的地点；短期内将因修建而可能毁掉标[0069] 石或妨碍观测以及地势隐蔽不便观测的地点；不坚固或准备拆修的建筑物，亦不得选作临时性水准标志。带站房保护设施的监测站，在设计的站房面积内，根据地质情况，以便于水准测量为原则，合理布局监测站与水准标石的相对关系。[0070] 总之，本发明的煤层上覆含水层水位的观测方法，可以查清煤矿开采对地下水位的影响，且可以实现地下水资源优化配置及科学管理。[0071] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

专利地区：陕西

专利申请日期：2021-08-17

专利公开日期：2024-09-10

专利公告号：CN113671593B