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煤礦水文地質條件分類規范

更新時間：2020-09-05　點擊量：2326

　1 范圍

　　本標準適用于生產煤礦，亦可在擬建、在建煤礦時參考使用，是煤礦水文地質條件分類的依據。

　　2 基本要求

　　2.1 根據煤礦水文地質條件的某一特征，結合實際情況進行分類，不同類型應具有顯著的特點。

　　2.2 應具有普遍性和廣泛的實用性。

　　2.3 本規范采用單一分類原則，其概念明確，能確定一個煤礦的水文地質和開采條件。

　　3 地質條件分類具體分類方法是：

　　①據開采煤層及與其相關的含水層的埋藏深度進行分類；

　　②根據煤層開采期間的主要充水水源進行分型；

　　③根據煤礦的富水系數（即礦井總涌水量同產煤量之比）的大小劃分其亞型；

　　④根據潛在的水害因素作出輔助類型的劃分。

　　3.1 按埋藏深度分類

　　3.1.1裸露類（Ⅰ類）

　　煤礦的開采煤層全部處于當地侵蝕基準面以上。充水含水層中的水包括：

　　上層滯水、潛水、無壓或有壓的層間水。礦井清水可依靠排水溝自流排放，一般對礦井不構成威脅。礦井涌水量主要受大氣降水控制。

　　3.1.2半裸露類（Ⅱ類）

　　煤礦開采煤層的上部處于當地侵蝕基準面以上，而下部則處在該面以下，與煤層開采有關的充水含水層中的水包括：上層滯水、潛水、無壓或有壓的層間水。侵蝕基準面以上含水層中的水基本無壓，而基準面以下含水層中的水，具一定壓力。

　　礦井涌水對煤層的開采，一般均有影響，如為巖溶水涌出，則有嚴重影響。采用自流和機械兩種排水方式。礦井涌水量受降水季節影響顯著。

　　3.1.3淺埋類（Ⅲ類）

　　煤礦的開采煤層，全部處于當地侵蝕基準面以下，且埋深小于500m。煤系地層的上部，一般均有第四系松散層覆蓋，個別地區還有局部的第三系伏于第四系之下。對采煤工作面而言，含水層中的水都具有一定的水頭壓力。礦井涌水量的大小，涌水方式，對煤層的開采皆有直接影響。礦井涌水量受降水季節的影響比較明顯。

　　3.1.4深埋類（Ⅳ類）

　　煤礦的開采煤層，全部埋藏在當地侵蝕基準面500m以下。一般在煤系地層以上覆蓋著巨厚的松散地層或巖層。煤礦的主要充水含水層是承壓的砂巖裂隙水、薄層灰巖巖溶裂隙水，或古巖溶系統構成的厚層灰巖裂隙巖溶水。通常沒有現代巖溶發育。煤層開采工作面的頂底板一般均承受較高的水壓，未遇導水構造時，礦井涌水量可能不大，且水量穩定，基本不受降水季節的影響。

　　3.2 按直接充水水源分型

　　3.2.1大氣降水型（一型）

　　該型煤礦充水水源主要來自大氣降水，礦井涌水量受大氣降水量控制，涌水量和降水量的峰值基本一致，或稍有遲后。干旱季節各含水層中的水一般均有大幅下降，礦井涌水量逐漸減少。該型多存在于Ⅰ、Ⅱ類（即裸露類和半裸露類）煤礦，Ⅲ類（即淺埋類）煤礦較為少見，通過降水量資料、開采引起的地表沉降或塌陷，以及地裂縫的情況，可大致確定降水量同礦井涌水量之間的關系。

　　3.2.2地表水型（二型）

　　該型煤礦多見于Ⅲ類(即淺埋類)礦井。礦井多位于地表水體附近，或直接位于地表水體以下。采后產生的地表塌陷區、沉降大裂縫，多成為礦井充水的主要途徑。我國南方巖溶區煤礦，雨季常見現坡立谷、暗河及塌陷區的洪水涌入礦井，甚至造成淹井事故。地表水型煤礦的涌水。一般形成定水頭補給，其礦井涌水量的大小取決于導水通道的過水能力，水力梯度的大小，以及水源的充沛程度。

　　3.2.3孔隙水型（三型）

　　賦存于松散層孔隙中的地下水為孔隙水。一般指第四系和第三系含水層水，亦有未成巖的古地層含水層水，除少數以上層滯水的形式存在外，主要以潛水和承壓水存在。其主要補給源為大氣降水、地表水的滲入補給。裂隙水和巖溶水也可成為補給水源，當礦井的直接充水水源為孔隙水時，稱為孔隙水型煤礦。該型多見于淺埋類（Ⅲ類）煤礦，或在松散層較厚地區建井時遇到。往往以泥砂含量很高的混濁水涌入礦井，造成嚴重損失。在煤礦隱伏露頭區，上覆有較厚的松散地層，當開采煤層時，要根據松散層底部隔水層的情況，留設足夠的防水煤巖柱。

　　3.2.4裂隙水型（四型）

　　賦存于基巖裂隙系統中的地下水，稱裂隙水，以潛水、層間無壓或承壓水形式存在。煤層頂底板中的砂巖裂隙水，涌水量一般都不大，絕大多數可以疏干，不足為患。但在構造發育地段，亦可形成較大突水，且伴有大面積涌水現象。

　　3.2.5巖溶水型（五型）

　　賦存于可溶性地層中的地下水統稱為巖溶水。我國大多數煤礦開采石炭、二疊系煤層。北方奧陶系灰巖水（以下簡稱奧灰水），南方茅口灰巖水對煤層開采構成威脅。在北方煤系地層中的薄層灰巖水（以下簡稱薄灰水）多為直接突水水源，且多有奧灰水補給。其突水量的大小取決于薄灰水同奧灰水的連通性，以及奧灰水的富水程度。薄灰巖溶水在地質構造和水文地質單元的控制下，非均質性，區段性和地域性。

　　厚層灰巖巖溶水，由于接受降水和其他含水系統補給的面積大，水源豐富，所以水量充沛。厚層灰巖巖溶發育程度具更大的不均一性和*的地區性，隨埋深增加巖溶發育程度具有一定的規律性。在我南方，以現代巖溶為主，隨埋深加大巖溶發育變弱的規律性極為明顯，而在北方，則以古巖溶為主體，在古巖溶上又發育了現代巖溶，隨深度增加巖溶發育減弱的規律性不甚明顯。

　　3.3 根據富水系數（F）劃分亞型

　　富水系數（F）系指煤礦的總排水量和產煤量之比值。對生產煤礦，可按開采期內的總排水量和總盧煤量計算：對設計和基建煤礦，可按設計產量和年排水總量進行計算。

　　3.3.1 貧水亞型（1亞型）

　　煤礦開采煤層的充水含水層水量貧乏，礦井涌水量小，即 F≤5，此亞型煤礦多分布于干旱或半干旱地區，當F≤1時，一般均嚴重缺水，難于在附近找到水源地，開發前需進行供水源地的論證；當 F>1時，亦需根據水源的充沛程度確定煤礦規模。

　　3.3.2 較貧水亞型（2亞型）

　　煤礦開采煤層的充水含水層水量較貧乏，礦井涌水量不大，其F值介于5～10之間。該亞型煤礦投入的防治水費用一般不高，又能找到很好的供水水源地。

　　3.3.3 較富水亞型（3亞型）

　　煤礦開采煤層的充水含水層較富水，礦井涌水量較大，其F值介于10～20之間。該亞型煤礦的直接充水水潭多為薄灰巖溶水。 3.3.4 富水亞型（4亞型）

　　煤礦開采煤層的充水含水層水量豐富，礦井清水量很大，其F>20。該亞型煤礦均有厚層灰巖巖溶水構成間接或直接充水水源。當F>40時，應對煤礦開發前景進行論證，當F>80時，一般難于開發。 3.4 根據潛在水患劃分輔助類型潛在水患是指需要進行專門水文地質探查才能確定的煤礦突水因素。一個煤礦可能存在多種潛在水患因素。當煤礦水文地質條件類型確定之后，還應按潛在水患劃分輔助類型。

　　3.4.1 老空水型（1型）

　　老空水指人類采掘活動留下的地下空間中集存的地下水。老空水突水的危害性甚大，由子大量積水在短時間內涌入煤礦，不但瞬時流量大、速度快，而且多夾帶有煤泥；石塊和瓦斯氣味。

　　3.4.2 導水陷落柱型（2型）

　　開采煤層下伏厚層灰巖，在采掘中可能遇到巖溶陷落柱。當陷落柱具導水性時，巖溶系統內積存大量的水、泥沙和石塊，瞬時突入礦井造成嚴重危害。須進行專門的水文地質探查，采取防治水措施，防患于未然。

　　3.4.3 導水斷裂帶型（3型）

　　我國煤系地層中，普遍發育規模、性質各異的斷裂帶，有的以斷層形式，有的以節理裂隙密集帶形式存在，往往構成煤層的突水通道。在巖溶水型煤礦中，導水斷層構成的突水通道集中；而裂隙水型構成的則較分散，但都對生產造成嚴重影響。在非巖溶型煤礦中，其突水量較小，一般不構成嚴重威脅。

　　3.4.4 孔隙水天宙型（4型）

　　當開采煤層處于隱伏露頭區時，其上覆的孔隙水含水層直接與煤系地層接觸，形成天窗型潛在水患，其涌水特點是泥砂俱下，對煤礦生產危害很大。應查清這種水文地質條件的分布范圍，及其孔隙含水層的性質和富水性，采取經濟合理的防治水措施。

　　4 煤礦水文地質類型的確定

　　4.1 確定原則

　　4.1.1 以主采水平的深度進行分類，對有兩個主采水平以上的煤礦，可根據各水平的深度范圍進行分類。如開采水平埋深多數小于500m，歸入Ⅲ類，而多數大于500m時,歸為Ⅳ類。

　　4.1.2 以煤礦主要的充水水源分型，對兩個以上的主要充水水源，應根據充水量的大小和充水時間的長短，選水量大和充水時間長的定型。

　　4.1.3 根據富水系數即F值大小劃分亞型。

　　4.1.4 根據煤礦水文地質勘探和生產中發現的問題，在類型劃分后進行輔助類型注示。

　　4.2 表述方法

　　以華北某煤礦為例

　　4.2.1 該礦地表的侵蝕基準面標高約80m。現分三個水平采煤，分別為-100m ,- 300m，-500m。現主要開采一、二水平的煤層，三水平產量較少。據此，可定為Ⅲ類（淺埋類）。

　　4.2.2 該礦共有三個主采煤層，目前主采大煤煤層，礦井主要充水水源為砂巖裂隙水。下部的大青和下架煤層，尚來進行開采。所以，可定為四型（裂隙水型）。

　　4.2.3 該礦井涌水量約600m3/h，年排水總量約為500萬t，年產煤量約130萬t。計算出 F值為4，應定為2亞型。

　　4.2.4 該礦的水文地質條件類型，可表述為：Ⅲ類四型2亞型。可簡化為Ⅲ—四—2類型。

　　4.2.5 根據地質資料，井下曾揭露巖溶導水陷落柱并伴有老空水突出，因此按潛在水患劃分輔助類型應為1、2型。

　　4.2.6 該煤礦水文地質條件類型的劃分，應表述為：Ⅲ—四—2類型。且存在1、2兩種類型潛在水患。

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此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

煤礦水文地質條件分類規范

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