一種潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法與流程
2023-09-12 04:54:00
本發明涉及水文地質工程地質環境工程領域與採礦工程有一定的交叉，尤其涉及一種潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法。
背景技術：
我國西北地區煤炭儲量豐富、埋藏淺、煤質優越，但水資源整體匱乏、生態環境脆弱，煤炭開採造成水資源流失，生態環境退化，因此需要合理開採煤炭資源的同時保障生態環境不受顯著的影響。目前，保水採煤的方法有多種，總的說來有保水位和保水量兩大類，保水位的典型方法有：基於採動上行裂隙(導水裂隙帶)和下行裂隙發育規律的潛水位控制的保水採煤方法；保水量的典型方法有：地下水水庫儲水供水的保水採煤方法。保水量是不論採煤是否造成地下水進入採煤礦井，合理復用進入礦井水灌溉採煤影響區使得整個區域的水資源量減少有限甚至增加，來達到保水採煤的目的。保水位是以保護生態適生潛水位為目的，犧牲煤炭資源開發效率和回收率，採用降低煤炭開採高度或特殊的採煤方法來控制採煤引起的導水裂隙帶不發育到潛水含水層。
目前，保水採煤方法存在以下主要問題：
1)保水量的保水採煤方法，雖然灌溉會提高淺部土壤含水量，可以使得草本類植被生長不受根本性的影響，但喬木類等水量需求比較大，即時灌溉也會造成植被不可逆退化，該方法生態環境保護效果有限。
2)保水量的保水採煤方法，是先汙染後治理的方法，雖然地下水進入礦井後經過處理水質可以達到標準，但是水質還是有明顯的變化，如礦化度、pH值等，長期、大規模的使用處理後的礦井水來灌溉、綠化會造成土壤質地變化、造成區域水環境變化，對生態長期影響不可忽略。
3)保水位的保水採煤方法，目前只關注煤炭開採造成的導水裂隙帶是否發育到潛水含水層，若溝通則認為潛水位消失，反之認為保水位成功。但實際上，造成潛水含水層水位變化的不僅僅是採煤伴生的裂隙場，還有採煤伴生的巖土層沉降、潛水層越流及區域地下水的水均衡變化，因此目前的保水位的保水採煤方法是不準確的。
4)保水位的保水採煤方法，雖然保住了水位，但有時候會造成區域可利用水資源量的下降，如採用保水位的保水採煤方法沒有大量潛水進入礦井，但潛水層下面的隔水層整體向下沉降，造成潛水埋深降低，潛水的蒸發量增加，變成無效的水資源，進而對區域的人類活動和生態旱季灌溉有所限制。
5)保水位的保水採煤方法，為了保住水位會對每個區域的煤炭開採厚度和方法進行大量的限定，這使得很多煤炭資源無法充分開採或開採成本提高，雖然保護了水資源和環境，但煤炭資源犧牲太大。
6)現有保水位的保水採煤方法中，對導水裂隙帶發育高度的預測只使用煤炭採厚一個影響因素(這是由於該方法為了通過保護層厚度留設來抵消越流產生的影響，進而方便計算才等效導水裂隙發育高度只與主要影響因素煤炭採厚一個因素相關)，但實際上導水裂隙帶發育高度影響因素較多，不能準確的預測導水裂隙帶發育高度使得現有的保水採煤分區保水時有模糊區或者過渡區存在，用該類保水位的保水採煤方法只能偏於保守而犧牲水資源或者煤炭資源。
技術實現要素：
本發明為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法，該方法簡單易實施、對潛水位埋深的預測更準確、使得煤炭開採與生態保護相匹配，在保護生態環境的同時，最大可能開發煤炭資源，防止煤炭資源無法開採造成的浪費
一種潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法，包括如下步驟：
步驟一，煤層全厚綜採時，預測裂隙場對礦區潛水位埋深的影響分區，預測出潛水位消失區和潛水位埋深變化區的位置；
步驟二，再對步驟一預測的潛水位消失區依據植被類型選擇保水方法；
步驟三，再預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採沉降對潛水位埋深的影響△h1；
步驟四，再預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採越流對潛水位埋深的影響△h2；
步驟五，再預測煤層全厚綜採區域潛水含水層水均衡對潛水位埋深的影響△h3；
步驟六，再測煤層全厚綜採區域水均衡對潛水位埋深的影響總量△h，△h＝△h1+△h2+△h3；
步驟七，再對潛水位埋深變化區域依據植被適生水位和變化後的潛水位埋深關係進行分類，具體分為適生類、高水位類和低水位類；
步驟八，再對潛水位埋深變化區域不同的分類採取不同的保水採煤方法；
步驟九，煤炭每開採一年，重複步驟五到八。
所述步驟一中，預測裂隙場對礦區潛水位埋深的影響分區時，首先，建立煤層開採裂隙場發育高度預測模型Hd＝f(M，a，c)；
式中，Hd為裂隙場發育高度；M為煤層開採厚度；a為煤層上覆鬆散層厚度；c為煤層上覆基巖厚度；Hd、M、a、c的單位均為米；
然後，利用煤層開採裂隙場發育高度預測模型對礦區所有鑽孔進行煤層全厚綜採時的裂隙場發育高度Hd進行預測；
最後，判斷裂隙場發育高度Hd是否大於煤層到潛水含水層的距離z，若Hd≥z則為潛水位消失區，否則為潛水位埋深變化區。
所述煤層開採厚度M、煤層上覆鬆散層厚度a和煤層上覆基巖厚度c均通過鑽孔探測獲取，煤層開採裂隙場發育高度預測模型Hd＝f(M，a，c)通過實測及模擬數據採用多元統計分析獲得。
所述步驟三中，預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採沉降對潛水位埋深的影響△h1＝M×η，其中，M為煤層開採厚度，η為最大下沉係數，無量綱，取0.5～0.8。
所述步驟四中，所述越流由上至下依次分為潛水層、弱透水層和下伏含水層，預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採越流對潛水位埋深的影響其中，R＝rw+R0，rw＝l/2π，
式中，△h2單位為m；Q1是下伏含水層的礦井湧水量，單位為m3/d；Q0為已經開採下伏含水層的礦井湧水量，單位為m3/d；F0、S0分別為產生該湧水量對應煤炭開採面積和含水層水位降深，單位分別為m2和m；F1和S1分別是對應的要預測的礦井湧水量Q1的煤炭開採面積和含水層水位降深，單位分別為m2和m；T1是潛水層的導水係數；T3是下伏含水層的導水係數，T1和T3的單位均為m2/d；R為潛水層的開採引用影響半徑，單位為m；l為採煤工作面周長，單位為m；R0為潛水的抽水試驗影響半徑，單位為m；K0(x)為零階第二類虛宗量Bessel函數；B為越流因素，單位為m；K2是弱透水層的滲透係數，單位為m/d；M2是弱透水層的厚度，單位為m；r為距離抽水井距離，單位為m，r取工作面走向長的一半。
所述步驟五中，所述水均衡區域為潛水位埋深變化區，煤層全厚綜採區域潛水含水層水均衡對潛水位埋深的影響其中，ΔW＝W1+W2+W3-W4-W5-W6+N，W1＝αFh，W2＝v×X，W3＝Y×F，W5＝Egb×F，
式中，△h3單位為m；μ為潛水含水層的給水度，無量綱，取0.1～0.3；△W為1年水均衡值，單位為m3；W1為均衡區大氣降水1年入滲補給量，單位為m3；α為該地區大氣降水入滲係數，無量綱，取0.1～0.3；F為水均衡區面積，單位為m2；h為1年降雨量，單位為m；W2為水均衡區域接受鄰區地下水年補給量，單位為m3；v為潛水的一年徑流長度，單位為m；X為過水斷面，單位為m2；W3為水均衡區凝結水年補給量，單位為m3；Y為單位面積凝結水一年補給強度，單位為m3/m2；W4為水均衡區域地下水一年產流量，m3；W5為水均衡區域地下水年蒸發量，單位為m3；Egb為潛水一年蒸發水頭高度，單位為m；其中E0為該地區氣象條件下地表一年水面蒸發水頭高度，單位為m；H為潛水位現在的埋深，單位為m；H0為潛水極限蒸發埋深，單位為m；b為係數，無量綱，取1～3；W6為水均衡區域地下水一年採礦湧水量，單位為m3；N為其他不可忽略的補給或排洩項，包括人類活動或植被蒸騰量。
所述步驟七中，所述對潛水位埋深變化區域依據植被適生水位和變化後的潛水位埋深關係進行分類的具體過程如下：
首先，依據植被在不同潛水位埋深的生長態勢確定該植被的適生的潛水位埋深範圍HS1～HS2，HS1和HS2的單位為m；
然後將有潛水位埋深變化區域的3個分類，分別為適生類、高水位類和低水位類，其中適生類為HS1≤H-△h≤HS2，高水位類為H-△h＜HS1，低水位類為H-△h＞HS2。
所述步驟八中，所述對潛水位埋深變化區域不同的分類採取不同的保水採煤方法的過程具體如下：
對適生類直接進行煤炭全厚綜採；
對高水位類設置井上抽水井或井下排水井，並通過輸水管道對低水位類的潛水進行注水回灌。
所述對高水位類設置井上抽水井或井下排水井，並通過輸水管道對低水位類的潛水進行注水回灌時，若△h3≥0，則高水位類同時通過輸水管道，將一部分水資源對步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採形成的塌陷區進行補給灌溉，該部分1年的補給量應不大於△W；若△h3＜0，則將步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採的井下集水孔群的水一部分輸送至低水位類地下潛水進行注水回灌；以上各區之間的水量調度後，應保持高水位類區域潛水位埋深不大於HS2，低水位類區域潛水位埋深不小於HS1。
所述步驟二中，所述對預測的潛水位消失區依據植被類型選擇保水方法包括如下步驟：
首先，根據預測的潛水位消失區地表植被類型對潛水位消失區分類，分為靠凝結水、大氣降水和人工灌溉基本可正常生長的植被和其他植被；
再對預測的潛水位消失區進行保水，具體如下：
對靠凝結水和大氣降水可正常生長的植被區域採用的保水方法是：在煤礦井下煤炭開採前，採煤工作面兩巷形成時，在礦井下以潛水含水層為目標層，實施集水孔群，集水孔群對該採煤工作面上方潛水的疏放使得原始潛水位下降三分之二以上，在該區域煤炭全厚綜採後，集水孔群收集到的潔淨礦井水對潛水位消失區的採煤塌陷區上方植被進行灌溉；
對其他植被區域採用限高開採或者特殊開採方法開採煤層全厚，該區域潛水位埋深埋煤炭開採前後變化小於5％。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：
本發明的潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法考慮煤炭開採塌陷沉降對潛水位埋深的影響、考慮潛水含水層越流對潛水位埋深的影響、考慮區域潛水含水層水均衡對潛水位埋深的影響，因此，對潛水位埋深的預測更準確；本發明還依據採區的植被類型，有針對性的給出植被的潛水位埋深適宜範圍，使得煤炭開採與生態保護相匹配；本發明在保護生態水位的同時對水資源進行管理，一方面將潛水蒸發強烈區域水資源加以利用，另一方面對潛水不足區域進行水資源保護，基於生態水位預測協調區域水資源；在保護生態環境的同時，最大可能開發煤炭資源，防止煤炭資源無法開採造成的浪費；本發明還簡單易實施。
【附圖說明】
圖1是本發明的流程圖；
圖2是三層越流模型示意圖。
其中，1為潛水層，2為弱透水層，3為下伏含水層。
【具體實施方式】
如圖1和圖2所示，本發明的潛水含水層水位水量協同控制的保水採煤方法，包括下述步驟：
步驟一：煤層全厚綜採時，預測裂隙場對礦區潛水位埋深的影響分區；
首先，建立煤層開採裂隙場發育高度預測模型，即Hd＝f(M，a，c)，式中Hd為裂隙場發育高度，單位為m；M為煤層開採厚度，單位為m；a為煤層上覆鬆散層厚度，單位為m；c為煤層上覆基巖厚度，單位為m；其中，M、a、c均可通過鑽孔探測獲取，而預測的模型函數Hd＝f(M，a，c)則通過大量實測及模擬數據採用多元統計分析獲得；
然後，利用預測模型對礦區所有鑽孔進行煤層全厚綜採時的裂隙場發育高度Hd；
最後，判斷裂隙場發育高度Hd是否大於煤層到潛水含水層的距離z，若Hd≥z，則為潛水位消失區，否則為潛水位埋深變化區；
步驟二：預測的潛水位消失區依據植被類型選擇保水方法，具體過程如下：
首先，對預測的潛水位消失區進行地表植被類型調查，分為靠凝結水、大氣降水和人工灌溉基本可正常生長的植被(潛水位消失後該植被覆蓋下降小於30％)和其他植被，對靠凝結水和大氣降水可正常生長的植被區域採用的保水方法是：在煤礦井下煤炭開採前，採煤工作面兩巷形成時，在礦井下以潛水含水層為目標層，實施集水孔群，集水孔群對該採煤工作面上方潛水的疏放使得原始潛水位下降三分之二以上，在該區域煤炭全厚綜採後，集水孔群收集到的潔淨礦井水對潛水位消失區的採煤塌陷區上方植被進行灌溉；
對其他植被區域採用限高開採或者特殊開採方法開採煤層全厚，該區域潛水位埋深埋煤炭開採前後變化應小於5％；
步驟三：預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採沉降對潛水位埋深的影響△h1，△h1＝M×η，單位為m；其中η為最大下沉係數，無量綱，取0.5～0.8；
步驟四：預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採越流對潛水位埋深的影響△h2，單位為m；如圖2，公式表達的由上到下為第1層到第3層，圖2中，1是模型第1層，為潛水層，3是第3層，為下伏含水層，2是第2層，為位於第1層和第3層兩者中間的弱透水層；
式中，Q1是第3層的礦井湧水量，單位為m3/d；採用水文地質類比法計算Q0為已經開採第3層的礦井湧水量，單位為m3/d；F0、S0為產生該湧水量對應煤炭開採面積和含水層水位降深，單位為分別為m2和m；F1和S1是對應的要預測的礦井湧水量Q1的煤炭開採面積和含水層水位降深，單位分別為m2和m，F1和S1通過採礦設計和水文地質探測獲取；T1和T3分別是潛水含水層(第1層)和下伏含水層(第3層)的導水係數，單位均為m2/d，可通過抽水試驗獲取；R為潛水含水層的開採引用影響半徑，單位為m，可通過R＝rw+R0計算，其中rw＝l/2π，l為採煤工作面周長，單位為m，R0為潛水的抽水試驗影響半徑，單位為m，可通過抽水試驗獲取；K0(x)為零階第二類虛宗量Bessel函數，可查表計算；B為越流因素，單位為m，式中K2、M2分別是弱透水層的滲透係數和厚度，單位分別為m/d和m，通過鑽探和抽水試驗獲取；r為距離抽水井距離，單位為m，取工作面走向長的一半；
步驟五：預測煤層全厚綜採區域潛水含水層水均衡對潛水位埋深的影響△h3，單位為m；水均衡區域為潛水位埋深變化區；
式中μ為潛水含水層的給水度，無量綱，取0.1～0.3；△W為1年水均衡值，單位為m3，ΔW＝W1+W2+W3-W4-W5-W6+N，W1為均衡區大氣降水1年入滲補給量，單位為m3，W1＝αFh，α為該地區大氣降水入滲係數，無量綱，可通過地中滲透儀測定，取0.1～0.3；F為水均衡區面積，單位為m2；h為1年降雨量，單位為m；W2為水均衡區域接受鄰區地下水年補給量，單位為m3，W2＝v×X，其中v為潛水的一年徑流長度，單位為m，可通過地下水流速流向儀測定流速後換算1年徑流長度；X為過水斷面，單位為m2，可通過地質探測獲取；W3為水均衡區凝結水年補給量，單位為m3，W3＝Y×F，其中Y為單位面積凝結水一年補給強度，單位為m3/m2，通過實驗測得；W4為水均衡區域地下水一年產流量，單位為m3，可通過野外地質調查獲取；W5為水均衡區域地下水年蒸發量，單位為m3，W5＝Egb×F，式中為潛水一年蒸發水頭高度，單位為m；其中E0為該地區氣象條件下地表一年水面蒸發水頭高度，單位為m，可通過氣象觀測獲取；H為潛水位現在的埋深，單位為m，可通過鑽探水位觀測獲取；H0為潛水極限蒸發埋深，單位為m，一般取8m；b為係數，無量綱，取1～3；W6為水均衡區域地下水一年採礦湧水量，單位為m3，可通過步驟三所述的水文地質比擬法計算；N為其他不可忽略的補給或排洩項，包括人類活動或植被蒸騰量，可通過相應的既定觀測或理論計算獲取；
步驟六：預測煤層全厚綜採區域水均衡對潛水位埋深的影響總量△h，Δh＝Δh1+Δh2+Δh3，單位為m。
步驟七：對潛水位埋深變化區域依據植被適生水位和變化後的潛水位埋深關係進行分類，據圖過程如下：
首先，對潛水位埋深變化區的植被進行調查，依據植被在不同潛水位埋深的生長態勢確定該植被的適生的潛水位埋深範圍HS1～HS2；
然後有潛水位埋深變化區域的3個分類，分別為適生類、高水位類和低水位類，其中適生類為HS1≤H-△h≤HS2，高水位類為H-△h＜HS1，低水位類為H-△h＞HS2；
步驟八：對潛水位埋深變化區域不同的綜合分類採取不同的保水採煤方法，具體過程如下：
適生類直接進行煤炭全厚綜採；高水位類則設置井上抽水井或井下排水井，並通過輸水管道對低水位類的潛水進行注水回灌；
此外，若△h3≥0，則高水位類同時通過輸水管道，將一部分水資源對步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採形成的塌陷區進行補給灌溉，該部分1年的補給量應不大於△W；
若△h3＜0，則將步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採的井下集水孔群的水一部分輸送至低水位類地下潛水進行注水回灌；
以上各區之間的水量調度後，應保持高水位類區域潛水位埋深不大於HS2，低水位類區域潛水位埋深不小於HS1；
步驟九：煤炭每開採一年，重複步驟五到八，最大限度的開採煤炭資源的同時，潛水含水層水位水量協同控制完成保水採煤。
本發明的運行原理：
保水採煤有兩層含義，一層含義是在煤炭高產高效開採的同時保護生態環境不出現大規模退化，另一層含義是在煤炭高產高效開採的同時可利用的潔淨水資源量不出現大規模減少。
對於煤炭高產高效開採的同時保護生態環境這一層含義，本發明對裂隙場發育高度的準確預測(步驟一種裂隙場發育高度受多個影響因素影響，在開採工藝變化不大的條件下，地質因素起到主要作用，從關鍵層理論出發，基巖對採場有控制作用，鬆散層則表現出荷載作用和抑制作用，煤層採厚M、煤層上覆鬆散層厚度a和煤層上覆基巖層厚度c對其影響較大，可以通過這3個因素更準確的預測，此時每一個預測是一個數而不是一個範圍，避免了利用這個參數分區時出現大範圍的過渡區或模糊區)，進而將煤炭開採對潛水位影響分為潛水位消失區和潛水位埋深變化區；對潛水位消失區不在是全部犧牲煤炭開採的速度、回收率和資源總量採用特殊的開採工藝或限制煤炭開採高度，而是依據植被類型分別對待，依靠凝結水、大氣降水和人工灌溉不會大規模退化的植被分布區可以高產高效的開採煤炭資源，但生態多樣性和優勢區多是靠凝結水、大氣降水和人工灌溉不能存在的，因此這些區域應該犧牲煤炭資源開採的效率或總量，來保護環境；對煤炭開採潛水位埋深變化區受煤炭開採整體塌陷影響潛水位埋深會受周圍補給而抬升，也會受下伏含水層被疏放而越流產生潛水位降深(這一部分可以通過地下水動力學的三層越流模型計算得到)，此外還會受到潛水含水層區域水均衡的影響(這一部分可以通過每年的水均衡法計算得到，但每年的水均衡由於潛水蒸發等方面的差異有所不同，因此每年需要重新計算)，準確的預測潛水位埋深可以選擇不同的開採方法來完成這一區域的煤炭開採與生態環境保護。
對於另外一層含義，煤炭高產高效開採的同時可利用的潔淨水資源量不出現大規模減少。在滿足生態需求的基礎上，合理的匯集、分配、轉移地下水資源，來滿足可利用水資源量最大化的目的。包括步驟二中潛水含水層水資源的匯集：充分利用高產高效的採煤工作面形成的巷道施工集水孔群，集水孔群在煤炭開採前形成，只需要達到一定的疏放量(可疏放潛水含水層三分之二以上的水位)，在煤炭開採後一方面裂隙場會優先發育在結構面較弱的區域，即預留的孔群處，同時會沿孔群向外有一定的擴展，這裡就形成了優勢的導水通道，可以有效收集高潔淨度的水資源(進入採空區的水再收集會混合煤巖粉，且採空區條件複雜多變，會存在零散的積水無法利用)；同時，包括步驟八中的水資源的分配和轉移：在高水位類區域由於水位埋藏淺地下水蒸發量大，因此向低水位類區域分配和轉移水資源，同時根據水均衡狀態來判斷水位變化區的水資源量是在減少與否，若減少則從潛水位消失區獲取水資源來平衡該區域水資源，若不減少則不僅從高水位類區域向低水位區域內部轉移，還向採煤塌陷區的包氣帶進行補水(即灌溉)，這會促進植被更加旺盛。
兩層含義不僅僅有保護生態和保護可利用水資源的單一方面的意義，還有協同的含義。如在潛水位消失區，可犧牲水位的區域則有效的利用進入礦井的水資源；又如潛水位埋深變化區不同的類型通過水資源量的轉移來使得水位更加合理，同時又合理保護和利用水資源量，即在水資源的分配和轉移的過程中，應該注意轉移和分配量的控制，不能讓高水位類區域下降超過生態適生水位最低線，也不能讓低水位類區域上升超過生態適生水位最高線。
實施例：
某礦區煤炭資源豐富，但地表生態環境脆弱，水資源整體匱乏，保水採煤工作按照以下步驟開展：
步驟一：煤層全厚綜採時，預測裂隙場對礦區潛水位埋深的影響分區：首先，建立煤層開採裂隙場發育高度預測模型，通過大量實測及模擬數據(38組數據)採用多元統計分析法擬合獲得以下符合本區開採實際的多因素擬合公式：Hd＝24.73M+0.135a+0.149c+1.946，公式的擬合優度達0.837，相比較Hd關於單因素M的擬合結果(其擬合優度0.774)有明顯的提高；
然後，利於預測模型對礦區所有鑽孔進行煤層全厚綜採時的裂隙場發育高度Hd；
最後，判斷裂隙場發育高度是否達到潛水含水層，達到則為潛水位消失區(經計算該區域面積達700km2)，否則為潛水位埋深變化區(該區域面積達4500km2)；
步驟二：對預測的潛水位消失區依據植被類型選擇保水方法：
首先，對預測的潛水位消失區進行地表植被類型調查，經調查預測的潛水位消失區有646km2覆蓋的植被靠凝結水、大氣降水和人工灌溉基本可正常生長，多為沙蒿等耐旱沙漠植物(通過採煤前後的地表植被覆蓋發現植被覆蓋率下降22％)；
對該區域實施集水孔群，以其中一個2-2煤開採的工作面為例說明：在煤炭開採前在採煤工作面兩巷均勻實施集水孔16組，共計48個鑽孔，鑽孔實施的終孔層位為潛水含水層，在總疏放量達55m3/h時，潛水位下降77％，煤炭開採後該水量進一步增大達95m3/h，集水孔群將收集到的潔淨礦井水對潛水位消失區的採煤塌陷區上方植被進行灌溉；
此外，潛水位消失區還有54km2覆蓋的植被為喬木類，該植被在凝結水、大氣降水和灌溉條件下不能存活，對於這些區域採用降低開採高度或房柱式開採等特殊開採方法，該區域潛水位埋深煤炭開採前後變化僅3.3％，小於5％；
步驟三：預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採沉降對潛水位埋深的影響△h1，2-2煤層M依據鑽孔柱狀圖可知為5m，η依據觀測為0.6，因此△h1＝M×η＝5×0.6＝3m；
步驟四：預測預測的潛水位埋深變化區煤層全厚綜採越流對潛水位埋深的影響△h2，三層模型如圖2所示，模型由上到下，1為潛水層，為第1層，2為土層弱透水層，為第2層，3為下伏含水層風化基巖含水層，為第3層，依據步驟一中的計算煤層開採後第3層水位消失，但第1層水位不會消失，兩者存在水頭差，通過第2層發生地下水越流，按照地下水動力學原理的相關公式有其中Q1＝424.8m3/d，T1＝38.8m2/d，T3＝2.51m2/d,可以計算越流後的水位變化量△h2＝－0.93m；
步驟五：預測煤層全厚綜採區域水均衡對潛水位埋深的影響△h3，單位m；這裡水均衡區域選為潛水位埋深變化區(水均衡面積F＝4500×106m2)，式中μ為潛水含水層的給水度，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；則有
步驟六：預測煤層全厚綜採區域水均衡對潛水位埋深的影響總量△h，Δh＝Δh1+Δh2+Δh3＝3-0.93+0.17＝2.24m；
步驟七：潛水位埋深變化區域依據植被適生水位和變化後的潛水位埋深關係進行分類，具體過程如下：
首先，對潛水位埋深變化區的植被進行調查，依據植被在不同深度的生長態勢確定該植被的適生的潛水位埋深範圍為1.6m～3.6m；
然後有潛水位埋深變化區域的3個分類，分別為適生類、高水位類和低水位類，其中適生類為1.6≤H-△h≤3.6，高水位類為H-△h＜1.6，低水位類為H-△h＞3.6；
步驟八：潛水位埋深變化區域不同的綜合分類採取不同的保水採煤方法，其中，適生類直接進行煤炭全厚綜採；高水位類則設置井上抽水井和井下排水井，並通過輸水管道對低水位類的潛水進行注水回灌；
此時，△h3≥0，高水位類區域同時通過輸水管道將一部分水資源對步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採形成的塌陷區進行補給灌溉，其1年輸送量為2×108m3，小於2.11×108m3，高水位類區域潛水埋深水位埋深仍小於3.6m，低水位類潛水位埋深仍大於1.6m；
步驟九：所有區域煤炭每開採一年，重複步驟五到八，其中當第12年時(重複12次後)，步驟五計算的則第八步在分類的基礎上，適生類直接進行煤炭全厚綜採；
高水位類設置井上抽水井或井下排水井，並通過輸水管道對低水位類的潛水進行注水回灌，同時，將步驟二中潛水位消失區煤炭全厚綜採的井下集水孔群的水一部分輸送至低水位類地下潛水進行注水回灌，高水位類區域潛水埋深水位埋深仍小於3.6m，低水位類潛水位埋深仍大於1.6m；
最終，該礦區每年最大限度的開採煤炭資源的同時，該區域生態環境保護和可利用水資源量安全供給得到了保障。