山西团柏井田岩溶地下水涌水量的数值模拟及预测

论文摘要

我国华北型煤田煤炭储量丰富,但普遍受到奥陶系高压岩溶水的危害。对矿井岩溶水涌水量准确的预测一直受到国家和企业的关注。山西霍州矿区团柏井田水文地质条件复杂,上组煤枯竭,深部岩溶水量的准确预测关系到下组煤能否开采、矿井服务年限能否延长的问题,因此对团柏井田岩溶水涌水量的预测对确定下组煤的开采能力、保障带压开采安全、制定矿山疏干设计及矿山排水能力设计具有十分重要的实际意义。本文以团柏井田下组煤底板岩溶水的涌水量为研究对象,通过对实测资料的收集、分析、整理,深入分析了研究区的矿井水文地质条件以及矿井充水因素。针对研究区水文地质条件复杂、岩溶裂隙发育的特点,提出了边界条件和岩溶含水介质的概化方案。在此基础上将研究区的水文地质概念模型概化为双层“拟三维”流渗流模型,并建立了相应的数学模型。依托水文地质概念模型,应用Visual Modflow强大的地下水流模拟功能,通过对模型的时间与空间离散、边界条件的处理、初始条件的确定以及水文地质分区参数的初步确定,应用有限差分数值法,经过模型的识别,反演出符合井田实际的水文地质参数,通过对放水孔的水位拟合进行模型校验,最终建立起研究区岩溶水涌水量的数值模拟模型。在此基础上,本文应用突水系数法分别确定了研究区东、西部+400m、+380m、+360m三个水平岩溶水的安全水头和开采下组煤时疏降岩溶水的降深值,应用已建立的数值模型成功预测了东、西部不同降深下的疏降水量,以及在不同疏降水量条件下,岩溶水位达到安全水头时所需要的时间。预测成果可以为矿井实施带压开采方案的制定提供参考,也为研究区开采下组煤进行排水设备设计和制定防治水措施提供科学的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 课题的研究背景及选题依据
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 涌水量预测方法的国内外研究现状
• 1.2.2 数值法在岩溶裂隙水量预测的应用现状
• 1.3 研究内容、关键问题及研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 重点解决的关键问题
• 1.3.3 研究方法
• 第2章 研究区概况
• 2.1 地理位置、交通及经济概况
• 2.1.1 地理位置、交通
• 2.1.2 经济概况
• 2.2 自然地理
• 2.2.1 地形、地貌
• 2.2.2 气象、水文
• 2.3 地质背景
• 2.3.1 区域地层
• 2.3.2 地质构造
• 第3章 水文地质概念模型的研究
• 3.1 研究区水文地质条件分析
• 3.1.1 水文地质岩组结构特征
• 3.1.2 岩溶发育规律分析
• 3.1.3 岩溶水的补给、径流、排泄条件
• 3.1.4 岩溶水的动态特征
• 3.1.5 岩溶水富水性分析
• 3.2 矿井充水因素分析
• 3.2.1 充水水源
• 3.2.2 充水通道
• 3.2.3 充水特征
• 3.3 水文地质概念模型的建立
• 3.3.1 岩溶介质概化
• 3.3.2 计算目的层
• 3.3.3 边界条件概化
• 3.3.4 地下水流场概化
• 3.4 本章小结
• 第4章 矿井涌水量数值模拟研究
• 4.1 搭建数学模型
• 4.2 涌水量数值模拟模型的建立
• 4.2.1 模拟范围
• 4.2.2 空间离散与时间离散
• 4.2.3 边界条件的处理
• 4.2.4 初始条件
• 4.2.5 水文地质参数的选取
• 4.3 模型识别
• 4.4 模型的校验
• 4.5 本章小结
• 第5章 矿井涌水量的预测
• 5.1 涌水量预测方案的制定
• 5.2 预测模型检验标准
• 5.3 涌水量预测
• 5.3.1 +400 水平疏降预测
• 5.3.2 +380 水平疏降预测
• 5.3.3 +360 水平疏降预测
• 5.3.4 预测成果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间发表的论文和科研项目