煤田水文地质的研究成果是确定煤矿开发的先决条件,也是煤炭资源开采工作的重要安全保障,对煤炭单位安全生产具有重要的影响作用。然而我国煤矿开发过程中对此问题的关注程度不够,进而导致水文地质工作质量下降,矿井水文地质条件不能够很好地查明,尤为明显的是矿井涌水量的预测数据较实际情况出入较大,无法为后续制定矿井水害防治对策提供有力依据。分层抽水系统作为一种精细获取水文地质参数的重要技术设备,近年来已陆续在煤田水文地质勘查领域得到初步应用。

我国大多数矿区煤层主要是以沉积形成的泥岩类地层为主,煤层顶底板岩性多为泥岩、粉砂岩等,煤系富水性弱且补给强度低。进行分层抽水试验的勘查孔多为裸眼,井内环境复杂(井径不规则,存在坍塌、掉块等问题地层),钻孔深度相较于水文孔深度较深(一般为400-1000米)且要求的取水设备扬程很大、出水量小。这对系统的整体止水性能、耐压能力和配套水泵参数指标都提出了极为苛刻的要求。
通过优化分层抽水设计、改进仪器设备、合理设置抽水层段及止水位置、控制洗井质量和配套适宜的取水设备等工序,基本克服了煤田水文地质分层抽水的出现的一些技术难题,保证分层抽水试验的质量,实现对煤矿充水含水层水文条件的精细勘查。

2018年,山东省煤田地质局第三勘探队使用分层抽水系统在陕西亭南煤矿开展分层抽水和分层观测试验,对矿区涌水量进行预测,通过现场试验取得良好的效果。为查明洛河组内部主要含水层段,研究含水层非均质特征,进一步优化矿井治水措施和煤矿白垩系洛河组含水层水害防治工作提供有力的科学依据。同时试验结果也为亭南煤矿进一步分析煤层底板油页岩深度及分布范围提供真实可靠依据。
2019年,陕西省煤田地质局一八五队使用系统在陕西榆林市神木县小保当煤矿(井深400米,静水位76米,分13层)开展分层抽水试验,通过取得的实验数据对矿区多个地层进行隔水透水性能定量计算与评价,从煤体结构特征和矿井水文地质条件多方面进行综合研究,揭示煤体含水层的形成与演化机制。

2019年,中煤科工集团西安研究院目前正在使用系统在陕西省长武县孟村(井深532m,静水位约为177m,分10层)和马寨村(井深882m,静水位约为260m,分10层)二眼井中开展抽水试验。针对先期潜水泵在矿井分层试验的出现诸多问题,通过多方协调与技术攻关,克服目前我国小流量高扬程水泵受结构、材料、制造和装配工艺的难题,探索出了适宜煤田孔抽水试验的取水设备。试验为后续获取水文地质基础数据资料、重点对白垩系洛河组含水层进行精细化勘探研究、对煤层与洛河组之间地层隔水性能研究和完善矿井水情动态监测系统奠定了良好的基础。
该系统在煤田水文地质勘探领域的初步应用,拓宽了设备技术应用范围的新认识,后期我们会根据多次应用案例中出现问题进行总结,继续加大系统关键部件抗压能力、抗绝缘等级、抗疲劳等级和实用性能的研究与开发力度,提高设备的参数指标和使用极限,为水文地质勘查试验提供极端和复杂条件下的技术储备和保障。