一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法与流程

本发明涉及水文地质工程地质环境工程领域与采矿工程有一定的交叉，尤其涉及一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法。

背景技术：

我国西北地区煤炭储量丰富、埋藏浅、煤质优越，但水资源整体匮乏、生态环境脆弱，煤炭开采造成水资源流失，生态环境退化，因此需要合理开采煤炭资源的同时保障生态环境不受显著的影响。目前，保水采煤的方法有多种，总的说来有保水位和保水量两大类，保水位的典型方法有：基于采动上行裂隙(导水裂隙带)和下行裂隙发育规律的潜水位控制的保水采煤方法；保水量的典型方法有：地下水水库储水供水的保水采煤方法。保水量是不论采煤是否造成地下水进入采煤矿井，合理复用进入矿井水灌溉采煤影响区使得整个区域的水资源量减少有限甚至增加，来达到保水采煤的目的。保水位是以保护生态适生潜水位为目的，牺牲煤炭资源开发效率和回收率，采用降低煤炭开采高度或特殊的采煤方法来控制采煤引起的导水裂隙带不发育到潜水含水层。

目前，保水采煤方法存在以下主要问题：

1)保水量的保水采煤方法，虽然灌溉会提高浅部土壤含水量，可以使得草本类植被生长不受根本性的影响，但乔木类等水量需求比较大，即时灌溉也会造成植被不可逆退化，该方法生态环境保护效果有限。

2)保水量的保水采煤方法，是先污染后治理的方法，虽然地下水进入矿井后经过处理水质可以达到标准，但是水质还是有明显的变化，如矿化度、pH值等，长期、大规模的使用处理后的矿井水来灌溉、绿化会造成土壤质地变化、造成区域水环境变化，对生态长期影响不可忽略。

3)保水位的保水采煤方法，目前只关注煤炭开采造成的导水裂隙带是否发育到潜水含水层，若沟通则认为潜水位消失，反之认为保水位成功。但实际上，造成潜水含水层水位变化的不仅仅是采煤伴生的裂隙场，还有采煤伴生的岩土层沉降、潜水层越流及区域地下水的水均衡变化，因此目前的保水位的保水采煤方法是不准确的。

4)保水位的保水采煤方法，虽然保住了水位，但有时候会造成区域可利用水资源量的下降，如采用保水位的保水采煤方法没有大量潜水进入矿井，但潜水层下面的隔水层整体向下沉降，造成潜水埋深降低，潜水的蒸发量增加，变成无效的水资源，进而对区域的人类活动和生态旱季灌溉有所限制。

5)保水位的保水采煤方法，为了保住水位会对每个区域的煤炭开采厚度和方法进行大量的限定，这使得很多煤炭资源无法充分开采或开采成本提高，虽然保护了水资源和环境，但煤炭资源牺牲太大。

6)现有保水位的保水采煤方法中，对导水裂隙带发育高度的预测只使用煤炭采厚一个影响因素(这是由于该方法为了通过保护层厚度留设来抵消越流产生的影响，进而方便计算才等效导水裂隙发育高度只与主要影响因素煤炭采厚一个因素相关)，但实际上导水裂隙带发育高度影响因素较多，不能准确的预测导水裂隙带发育高度使得现有的保水采煤分区保水时有模糊区或者过渡区存在，用该类保水位的保水采煤方法只能偏于保守而牺牲水资源或者煤炭资源。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，该方法简单易实施、对潜水位埋深的预测更准确、使得煤炭开采与生态保护相匹配，在保护生态环境的同时，最大可能开发煤炭资源，防止煤炭资源无法开采造成的浪费

一种潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，包括如下步骤：

步骤一，煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区，预测出潜水位消失区和潜水位埋深变化区的位置；

步骤二，再对步骤一预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法；

步骤三，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h₁；

步骤四，再预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响△h₂；

步骤五，再预测煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响△h₃；

步骤六，再测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量△h，△h＝△h₁+△h₂+△h₃；

步骤七，再对潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类，具体分为适生类、高水位类和低水位类；

步骤八，再对潜水位埋深变化区域不同的分类采取不同的保水采煤方法；

步骤九，煤炭每开采一年，重复步骤五到八。

所述步骤一中，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区时，首先，建立煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)；

式中，Hd为裂隙场发育高度；M为煤层开采厚度；a为煤层上覆松散层厚度；c为煤层上覆基岩厚度；Hd、M、a、c的单位均为米；

然后，利用煤层开采裂隙场发育高度预测模型对矿区所有钻孔进行煤层全厚综采时的裂隙场发育高度Hd进行预测；

最后，判断裂隙场发育高度Hd是否大于煤层到潜水含水层的距离z，若Hd≥z则为潜水位消失区，否则为潜水位埋深变化区。

所述煤层开采厚度M、煤层上覆松散层厚度a和煤层上覆基岩厚度c均通过钻孔探测获取，煤层开采裂隙场发育高度预测模型Hd＝f(M，a，c)通过实测及模拟数据采用多元统计分析获得。

所述步骤三中，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h₁＝M×η，其中，M为煤层开采厚度，η为最大下沉系数，无量纲，取0.5～0.8。

所述步骤四中，所述越流由上至下依次分为潜水层、弱透水层和下伏含水层，预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响其中，R＝r_w+R₀，r_w＝l/2π，

式中，△h₂单位为m；Q₁是下伏含水层的矿井涌水量，单位为m³/d；Q₀为已经开采下伏含水层的矿井涌水量，单位为m³/d；F₀、S₀分别为产生该涌水量对应煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m²和m；F₁和S₁分别是对应的要预测的矿井涌水量Q₁的煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m²和m；T₁是潜水层的导水系数；T₃是下伏含水层的导水系数，T₁和T₃的单位均为m²/d；R为潜水层的开采引用影响半径，单位为m；l为采煤工作面周长，单位为m；R₀为潜水的抽水试验影响半径，单位为m；K₀(x)为零阶第二类虚宗量Bessel函数；B为越流因素，单位为m；K₂是弱透水层的渗透系数，单位为m/d；M₂是弱透水层的厚度，单位为m；r为距离抽水井距离，单位为m，r取工作面走向长的一半。

所述步骤五中，所述水均衡区域为潜水位埋深变化区，煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响其中，ΔW＝W₁+W₂+W₃-W₄-W₅-W₆+N，W₁＝αFh，W₂＝v×X，W₃＝Y×F，W₅＝E_gb×F，

式中，△h₃单位为m；μ为潜水含水层的给水度，无量纲，取0.1～0.3；△W为1年水均衡值，单位为m³；W₁为均衡区大气降水1年入渗补给量，单位为m³；α为该地区大气降水入渗系数，无量纲，取0.1～0.3；F为水均衡区面积，单位为m²；h为1年降雨量，单位为m；W₂为水均衡区域接受邻区地下水年补给量，单位为m³；v为潜水的一年径流长度，单位为m；X为过水断面，单位为m²；W₃为水均衡区凝结水年补给量，单位为m³；Y为单位面积凝结水一年补给强度，单位为m³/m²；W₄为水均衡区域地下水一年产流量，m³；W₅为水均衡区域地下水年蒸发量，单位为m³；E_gb为潜水一年蒸发水头高度，单位为m；其中E₀为该地区气象条件下地表一年水面蒸发水头高度，单位为m；H为潜水位现在的埋深，单位为m；H₀为潜水极限蒸发埋深，单位为m；b为系数，无量纲，取1～3；W₆为水均衡区域地下水一年采矿涌水量，单位为m³；N为其他不可忽略的补给或排泄项，包括人类活动或植被蒸腾量。

所述步骤七中，所述对潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类的具体过程如下：

首先，依据植被在不同潜水位埋深的生长态势确定该植被的适生的潜水位埋深范围H_S1～H_S2，H_S1和H_S2的单位为m；

然后将有潜水位埋深变化区域的3个分类，分别为适生类、高水位类和低水位类，其中适生类为H_S1≤H-△h≤H_S2，高水位类为H-△h＜H_S1，低水位类为H-△h＞H_S2。

所述步骤八中，所述对潜水位埋深变化区域不同的分类采取不同的保水采煤方法的过程具体如下：

对适生类直接进行煤炭全厚综采；

对高水位类设置井上抽水井或井下排水井，并通过输水管道对低水位类的潜水进行注水回灌。

所述对高水位类设置井上抽水井或井下排水井，并通过输水管道对低水位类的潜水进行注水回灌时，若△h₃≥0，则高水位类同时通过输水管道，将一部分水资源对步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采形成的塌陷区进行补给灌溉，该部分1年的补给量应不大于△W；若△h₃＜0，则将步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采的井下集水孔群的水一部分输送至低水位类地下潜水进行注水回灌；以上各区之间的水量调度后，应保持高水位类区域潜水位埋深不大于H_S2，低水位类区域潜水位埋深不小于H_S1。

所述步骤二中，所述对预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法包括如下步骤：

首先，根据预测的潜水位消失区地表植被类型对潜水位消失区分类，分为靠凝结水、大气降水和人工灌溉基本可正常生长的植被和其他植被；

再对预测的潜水位消失区进行保水，具体如下：

对靠凝结水和大气降水可正常生长的植被区域采用的保水方法是：在煤矿井下煤炭开采前，采煤工作面两巷形成时，在矿井下以潜水含水层为目标层，实施集水孔群，集水孔群对该采煤工作面上方潜水的疏放使得原始潜水位下降三分之二以上，在该区域煤炭全厚综采后，集水孔群收集到的洁净矿井水对潜水位消失区的采煤塌陷区上方植被进行灌溉；

对其他植被区域采用限高开采或者特殊开采方法开采煤层全厚，该区域潜水位埋深埋煤炭开采前后变化小于5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法考虑煤炭开采塌陷沉降对潜水位埋深的影响、考虑潜水含水层越流对潜水位埋深的影响、考虑区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响，因此，对潜水位埋深的预测更准确；本发明还依据采区的植被类型，有针对性的给出植被的潜水位埋深适宜范围，使得煤炭开采与生态保护相匹配；本发明在保护生态水位的同时对水资源进行管理，一方面将潜水蒸发强烈区域水资源加以利用，另一方面对潜水不足区域进行水资源保护，基于生态水位预测协调区域水资源；在保护生态环境的同时，最大可能开发煤炭资源，防止煤炭资源无法开采造成的浪费；本发明还简单易实施。

【附图说明】

图1是本发明的流程图；

图2是三层越流模型示意图。

其中，1为潜水层，2为弱透水层，3为下伏含水层。

【具体实施方式】

如图1和图2所示，本发明的潜水含水层水位水量协同控制的保水采煤方法，包括下述步骤：

步骤一：煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区；

首先，建立煤层开采裂隙场发育高度预测模型，即Hd＝f(M，a，c)，式中Hd为裂隙场发育高度，单位为m；M为煤层开采厚度，单位为m；a为煤层上覆松散层厚度，单位为m；c为煤层上覆基岩厚度，单位为m；其中，M、a、c均可通过钻孔探测获取，而预测的模型函数Hd＝f(M，a，c)则通过大量实测及模拟数据采用多元统计分析获得；

然后，利用预测模型对矿区所有钻孔进行煤层全厚综采时的裂隙场发育高度Hd；

最后，判断裂隙场发育高度Hd是否大于煤层到潜水含水层的距离z，若Hd≥z，则为潜水位消失区，否则为潜水位埋深变化区；

步骤二：预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法，具体过程如下：

首先，对预测的潜水位消失区进行地表植被类型调查，分为靠凝结水、大气降水和人工灌溉基本可正常生长的植被(潜水位消失后该植被覆盖下降小于30％)和其他植被，对靠凝结水和大气降水可正常生长的植被区域采用的保水方法是：在煤矿井下煤炭开采前，采煤工作面两巷形成时，在矿井下以潜水含水层为目标层，实施集水孔群，集水孔群对该采煤工作面上方潜水的疏放使得原始潜水位下降三分之二以上，在该区域煤炭全厚综采后，集水孔群收集到的洁净矿井水对潜水位消失区的采煤塌陷区上方植被进行灌溉；

对其他植被区域采用限高开采或者特殊开采方法开采煤层全厚，该区域潜水位埋深埋煤炭开采前后变化应小于5％；

步骤三：预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h₁，△h₁＝M×η，单位为m；其中η为最大下沉系数，无量纲，取0.5～0.8；

步骤四：预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响△h₂，单位为m；如图2，公式表达的由上到下为第1层到第3层，图2中，1是模型第1层，为潜水层，3是第3层，为下伏含水层，2是第2层，为位于第1层和第3层两者中间的弱透水层；

式中，Q₁是第3层的矿井涌水量，单位为m³/d；采用水文地质类比法计算Q₀为已经开采第3层的矿井涌水量，单位为m³/d；F₀、S₀为产生该涌水量对应煤炭开采面积和含水层水位降深，单位为分别为m²和m；F₁和S₁是对应的要预测的矿井涌水量Q₁的煤炭开采面积和含水层水位降深，单位分别为m²和m，F₁和S₁通过采矿设计和水文地质探测获取；T₁和T₃分别是潜水含水层(第1层)和下伏含水层(第3层)的导水系数，单位均为m²/d，可通过抽水试验获取；R为潜水含水层的开采引用影响半径，单位为m，可通过R＝r_w+R₀计算，其中r_w＝l/2π，l为采煤工作面周长，单位为m，R₀为潜水的抽水试验影响半径，单位为m，可通过抽水试验获取；K₀(x)为零阶第二类虚宗量Bessel函数，可查表计算；B为越流因素，单位为m，式中K₂、M₂分别是弱透水层的渗透系数和厚度，单位分别为m/d和m，通过钻探和抽水试验获取；r为距离抽水井距离，单位为m，取工作面走向长的一半；

步骤五：预测煤层全厚综采区域潜水含水层水均衡对潜水位埋深的影响△h₃，单位为m；水均衡区域为潜水位埋深变化区；

式中μ为潜水含水层的给水度，无量纲，取0.1～0.3；△W为1年水均衡值，单位为m³，ΔW＝W₁+W₂+W₃-W₄-W₅-W₆+N，W₁为均衡区大气降水1年入渗补给量，单位为m³，W₁＝αFh，α为该地区大气降水入渗系数，无量纲，可通过地中渗透仪测定，取0.1～0.3；F为水均衡区面积，单位为m²；h为1年降雨量，单位为m；W₂为水均衡区域接受邻区地下水年补给量，单位为m³，W₂＝v×X，其中v为潜水的一年径流长度，单位为m，可通过地下水流速流向仪测定流速后换算1年径流长度；X为过水断面，单位为m²，可通过地质探测获取；W₃为水均衡区凝结水年补给量，单位为m³，W₃＝Y×F，其中Y为单位面积凝结水一年补给强度，单位为m³/m²，通过实验测得；W₄为水均衡区域地下水一年产流量，单位为m³，可通过野外地质调查获取；W₅为水均衡区域地下水年蒸发量，单位为m³，W₅＝E_gb×F，式中为潜水一年蒸发水头高度，单位为m；其中E₀为该地区气象条件下地表一年水面蒸发水头高度，单位为m，可通过气象观测获取；H为潜水位现在的埋深，单位为m，可通过钻探水位观测获取；H₀为潜水极限蒸发埋深，单位为m，一般取8m；b为系数，无量纲，取1～3；W₆为水均衡区域地下水一年采矿涌水量，单位为m³，可通过步骤三所述的水文地质比拟法计算；N为其他不可忽略的补给或排泄项，包括人类活动或植被蒸腾量，可通过相应的既定观测或理论计算获取；

步骤六：预测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量△h，Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃，单位为m。

步骤七：对潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类，据图过程如下：

首先，对潜水位埋深变化区的植被进行调查，依据植被在不同潜水位埋深的生长态势确定该植被的适生的潜水位埋深范围H_S1～H_S2；

然后有潜水位埋深变化区域的3个分类，分别为适生类、高水位类和低水位类，其中适生类为H_S1≤H-△h≤H_S2，高水位类为H-△h＜H_S1，低水位类为H-△h＞H_S2；

步骤八：对潜水位埋深变化区域不同的综合分类采取不同的保水采煤方法，具体过程如下：

适生类直接进行煤炭全厚综采；高水位类则设置井上抽水井或井下排水井，并通过输水管道对低水位类的潜水进行注水回灌；

此外，若△h₃≥0，则高水位类同时通过输水管道，将一部分水资源对步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采形成的塌陷区进行补给灌溉，该部分1年的补给量应不大于△W；

若△h₃＜0，则将步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采的井下集水孔群的水一部分输送至低水位类地下潜水进行注水回灌；

以上各区之间的水量调度后，应保持高水位类区域潜水位埋深不大于H_S2，低水位类区域潜水位埋深不小于H_S1；

步骤九：煤炭每开采一年，重复步骤五到八，最大限度的开采煤炭资源的同时，潜水含水层水位水量协同控制完成保水采煤。

本发明的运行原理：

保水采煤有两层含义，一层含义是在煤炭高产高效开采的同时保护生态环境不出现大规模退化，另一层含义是在煤炭高产高效开采的同时可利用的洁净水资源量不出现大规模减少。

对于煤炭高产高效开采的同时保护生态环境这一层含义，本发明对裂隙场发育高度的准确预测(步骤一种裂隙场发育高度受多个影响因素影响，在开采工艺变化不大的条件下，地质因素起到主要作用，从关键层理论出发，基岩对采场有控制作用，松散层则表现出荷载作用和抑制作用，煤层采厚M、煤层上覆松散层厚度a和煤层上覆基岩层厚度c对其影响较大，可以通过这3个因素更准确的预测，此时每一个预测是一个数而不是一个范围，避免了利用这个参数分区时出现大范围的过渡区或模糊区)，进而将煤炭开采对潜水位影响分为潜水位消失区和潜水位埋深变化区；对潜水位消失区不在是全部牺牲煤炭开采的速度、回收率和资源总量采用特殊的开采工艺或限制煤炭开采高度，而是依据植被类型分别对待，依靠凝结水、大气降水和人工灌溉不会大规模退化的植被分布区可以高产高效的开采煤炭资源，但生态多样性和优势区多是靠凝结水、大气降水和人工灌溉不能存在的，因此这些区域应该牺牲煤炭资源开采的效率或总量，来保护环境；对煤炭开采潜水位埋深变化区受煤炭开采整体塌陷影响潜水位埋深会受周围补给而抬升，也会受下伏含水层被疏放而越流产生潜水位降深(这一部分可以通过地下水动力学的三层越流模型计算得到)，此外还会受到潜水含水层区域水均衡的影响(这一部分可以通过每年的水均衡法计算得到，但每年的水均衡由于潜水蒸发等方面的差异有所不同，因此每年需要重新计算)，准确的预测潜水位埋深可以选择不同的开采方法来完成这一区域的煤炭开采与生态环境保护。

对于另外一层含义，煤炭高产高效开采的同时可利用的洁净水资源量不出现大规模减少。在满足生态需求的基础上，合理的汇集、分配、转移地下水资源，来满足可利用水资源量最大化的目的。包括步骤二中潜水含水层水资源的汇集：充分利用高产高效的采煤工作面形成的巷道施工集水孔群，集水孔群在煤炭开采前形成，只需要达到一定的疏放量(可疏放潜水含水层三分之二以上的水位)，在煤炭开采后一方面裂隙场会优先发育在结构面较弱的区域，即预留的孔群处，同时会沿孔群向外有一定的扩展，这里就形成了优势的导水通道，可以有效收集高洁净度的水资源(进入采空区的水再收集会混合煤岩粉，且采空区条件复杂多变，会存在零散的积水无法利用)；同时，包括步骤八中的水资源的分配和转移：在高水位类区域由于水位埋藏浅地下水蒸发量大，因此向低水位类区域分配和转移水资源，同时根据水均衡状态来判断水位变化区的水资源量是在减少与否，若减少则从潜水位消失区获取水资源来平衡该区域水资源，若不减少则不仅从高水位类区域向低水位区域内部转移，还向采煤塌陷区的包气带进行补水(即灌溉)，这会促进植被更加旺盛。

两层含义不仅仅有保护生态和保护可利用水资源的单一方面的意义，还有协同的含义。如在潜水位消失区，可牺牲水位的区域则有效的利用进入矿井的水资源；又如潜水位埋深变化区不同的类型通过水资源量的转移来使得水位更加合理，同时又合理保护和利用水资源量，即在水资源的分配和转移的过程中，应该注意转移和分配量的控制，不能让高水位类区域下降超过生态适生水位最低线，也不能让低水位类区域上升超过生态适生水位最高线。

实施例：

某矿区煤炭资源丰富，但地表生态环境脆弱，水资源整体匮乏，保水采煤工作按照以下步骤开展：

步骤一：煤层全厚综采时，预测裂隙场对矿区潜水位埋深的影响分区：首先，建立煤层开采裂隙场发育高度预测模型，通过大量实测及模拟数据(38组数据)采用多元统计分析法拟合获得以下符合本区开采实际的多因素拟合公式：Hd＝24.73M+0.135a+0.149c+1.946，公式的拟合优度达0.837，相比较Hd关于单因素M的拟合结果(其拟合优度0.774)有明显的提高；

然后，利于预测模型对矿区所有钻孔进行煤层全厚综采时的裂隙场发育高度Hd；

最后，判断裂隙场发育高度是否达到潜水含水层，达到则为潜水位消失区(经计算该区域面积达700km²)，否则为潜水位埋深变化区(该区域面积达4500km²)；

步骤二：对预测的潜水位消失区依据植被类型选择保水方法：

首先，对预测的潜水位消失区进行地表植被类型调查，经调查预测的潜水位消失区有646km²覆盖的植被靠凝结水、大气降水和人工灌溉基本可正常生长，多为沙蒿等耐旱沙漠植物(通过采煤前后的地表植被覆盖发现植被覆盖率下降22％)；

对该区域实施集水孔群，以其中一个2^-2煤开采的工作面为例说明：在煤炭开采前在采煤工作面两巷均匀实施集水孔16组，共计48个钻孔，钻孔实施的终孔层位为潜水含水层，在总疏放量达55m³/h时，潜水位下降77％，煤炭开采后该水量进一步增大达95m³/h，集水孔群将收集到的洁净矿井水对潜水位消失区的采煤塌陷区上方植被进行灌溉；

此外，潜水位消失区还有54km²覆盖的植被为乔木类，该植被在凝结水、大气降水和灌溉条件下不能存活，对于这些区域采用降低开采高度或房柱式开采等特殊开采方法，该区域潜水位埋深煤炭开采前后变化仅3.3％，小于5％；

步骤三：预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采沉降对潜水位埋深的影响△h₁，2^-2煤层M依据钻孔柱状图可知为5m，η依据观测为0.6，因此△h₁＝M×η＝5×0.6＝3m；

步骤四：预测预测的潜水位埋深变化区煤层全厚综采越流对潜水位埋深的影响△h₂，三层模型如图2所示，模型由上到下，1为潜水层，为第1层，2为土层弱透水层，为第2层，3为下伏含水层风化基岩含水层，为第3层，依据步骤一中的计算煤层开采后第3层水位消失，但第1层水位不会消失，两者存在水头差，通过第2层发生地下水越流，按照地下水动力学原理的相关公式有其中Q₁＝424.8m³/d，T₁＝38.8m²/d，T₃＝2.51m²/d,可以计算越流后的水位变化量△h₂＝－0.93m；

步骤五：预测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响△h₃，单位m；这里水均衡区域选为潜水位埋深变化区(水均衡面积F＝4500×10⁶m²)，式中μ为潜水含水层的给水度，取0.27；ΔW＝W₁+W₂+W₃-W₄-W₅-W₆+N＝4.7×10⁸+0.26×10⁸+2.0×10⁸-0.88×10⁸-3.8×10⁸-0.17×10⁸+0＝2.11×10⁸m3；则有

步骤六：预测煤层全厚综采区域水均衡对潜水位埋深的影响总量△h，Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃＝3-0.93+0.17＝2.24m；

步骤七：潜水位埋深变化区域依据植被适生水位和变化后的潜水位埋深关系进行分类，具体过程如下：

首先，对潜水位埋深变化区的植被进行调查，依据植被在不同深度的生长态势确定该植被的适生的潜水位埋深范围为1.6m～3.6m；

然后有潜水位埋深变化区域的3个分类，分别为适生类、高水位类和低水位类，其中适生类为1.6≤H-△h≤3.6，高水位类为H-△h＜1.6，低水位类为H-△h＞3.6；

步骤八：潜水位埋深变化区域不同的综合分类采取不同的保水采煤方法，其中，适生类直接进行煤炭全厚综采；高水位类则设置井上抽水井和井下排水井，并通过输水管道对低水位类的潜水进行注水回灌；

此时，△h₃≥0，高水位类区域同时通过输水管道将一部分水资源对步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采形成的塌陷区进行补给灌溉，其1年输送量为2×10⁸m³，小于2.11×10⁸m³，高水位类区域潜水埋深水位埋深仍小于3.6m，低水位类潜水位埋深仍大于1.6m；

步骤九：所有区域煤炭每开采一年，重复步骤五到八，其中当第12年时(重复12次后)，步骤五计算的则第八步在分类的基础上，适生类直接进行煤炭全厚综采；

高水位类设置井上抽水井或井下排水井，并通过输水管道对低水位类的潜水进行注水回灌，同时，将步骤二中潜水位消失区煤炭全厚综采的井下集水孔群的水一部分输送至低水位类地下潜水进行注水回灌，高水位类区域潜水埋深水位埋深仍小于3.6m，低水位类潜水位埋深仍大于1.6m；

最终，该矿区每年最大限度的开采煤炭资源的同时，该区域生态环境保护和可利用水资源量安全供给得到了保障。