复杂岩溶介质矿井涌水量的三维数值模拟研究

论文题目: 复杂岩溶介质矿井涌水量的三维数值模拟研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 环境工程

作者: 毛邦燕

导师: 许模,白爱忠

关键词: 合山煤田,复杂岩溶介质,岩溶介质概化,岩溶空间介质结构,三维数值模拟,矿井涌水量

文献来源: 成都理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 矿井涌水量是矿山建设和生产过程中单位时间内流入矿井包括各种巷道和开采系统的水量。矿井涌水量是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一,也是矿山设计部门确定排水设备和制定防治水措施的主要依据。合山煤田属我国南方典型的岩溶充水矿床,位于广西山字型构造马蹄形盾地西侧,整个矿区处于合山向斜内。该向斜是一个东陡西缓、北阔南窄,轴向20°左右的不对称向斜构造;向斜轴靠近煤田东侧,西翼平缓,倾角由北往南增大;东翼岩层倾角陡峻。合山煤田所处的合山向斜构造带岩溶极为发育,而且表现出明显的平面上分带性和垂向上分层性。在岩溶发育的基础之上区内发育了一系列复杂的地下强径流带以及能容、溯河两条规模较大的地下暗河。在已有的研究成果基础上,借助野外的现场调研及室内资料的分析、整理,深入了解了煤田区的水文地质条什。在此基础上,总结了区内主要的岩溶发育现象,讨论了煤田区岩溶住平面上和垂向上的发育规律,并对岩溶发育的成因机制进行了深入的研究;明确的将煤田区的岩溶介质划分为溶蚀裂隙、强径流带、溶洞和采空区、溶孔、基质骨架等类型。针对合山煤田含水岩组的特征,提出了一种改进的方法来概化复杂岩溶含水介质,认为:采用同一种方法来概化复杂岩溶区域的含水介质是不符合实际的,应该采用多种不同的方法分别对不同的岩溶含水介质进行概化处理。这样概化出来的介质概化模型才能够有效的刻画岩溶含水介质的空间不连续性和各向异性。并利用该方法把把区内的岩溶裂隙介质概化为等效裂隙介质模型;把强径流带处理成饱水状态的、有效孔隙度较大的、高渗透性含水介质;对于煤田区的采空区按照与红水河有水力联系的积水采空区、与红水河无水力联系的积水采空区、不积水采空区三种类型分别进行概化; 通过对区内复杂岩溶介质的空间结构,模型的时间离散以及模型边界条件的研究,最后建立了符合实际情况的三维地下水流模型;并利用有限差分数值模拟方法,借助modflow程序块成功的实现了煤田区未来在开采状况下各矿井下涌水量的模拟,得出了煤田区各矿井不同时间段、不同开采水平的井下涌水量值。其中,比较值得关注的2010、2035、2040年煤田区平均涌水量分别为2882m~3/h、3363m~3/h、3634m~3/h。在此基础上,并通过对不同级别的涌水量值的模拟,研究了区内矿井涌水量对区内地下水位的敏感性,为煤田区各矿在未来的矿山设计排水设备和制定防治水措施提供了科学的依据,同时也为将要启动的桥巩电站库区合山煤田区浸没影响评价奠定了基础。

论文目录:

1前言

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．2．1 类比外推法

1．2．2 解析法

1．2．3 数值法

1．2．4 水均衡法

1．2．5 随机模拟

1．3 选题依据及难点

1．3．1 选题依据

1．3．2 研究难点

1．4 研究内容与技术路线

1．5 煤田区概况

1．5．1 煤田区地理位置

1．5．2 经济概况

1．5．3 煤炭资源及开发利用规划

1．5．4 区内前人研究成果及存在问题

2 区域环境地质背景

2．1 自然地理

2．1．1 气象

2．1．2 水文

2．1．3 地形、地貌

2．2 地层岩性

2．3 地质构造

2．4 红水河与煤田矿区的关系

2．4．1 鹅滩

2．4．2 马滩

2．4．3 十五滩

2．4．4 那岭滩

3 研究区水文地质条件

3．1 研究区水文地质岩组结构特征

3．1．1 含水岩组划分

3．1．2 含水岩组的埋藏特征

3．1．3 主采煤层顶底板与含水层的关系

3．2 岩溶水补给、径流、排泄条件

3．3 矿井充水条件分析

3．3．1 矿井充水水源

3．2．2 矿井充水通道

3．2．3 矿井充水的主要特点

3．4 矿区岩溶水动态特征

4 复杂岩溶介质及介质概化分析

4．1 区内主要岩溶现象分析

4．1．1 溶洞

4．1．2 落水洞

4．1．3 岩溶漏斗

4．1．4 溶蚀洼地

4．1．5 古岩溶

4．2 岩溶发育规律及机理分析

4．2．1 岩溶在垂向上的发育规律

4．2．2 岩溶在平面上的发育规律

4．2．3 岩溶发育机理分析

4．3 介质概化分析

4．3．1 岩溶裂隙介质的处理

4．3．2 强径流带的处理

4．3．3 采空区的处理

5 研究区岩溶介质三维模型及涌水量数值模拟研究

5．1 岩溶空间介质结构

5．2 三维模型的建立

5．2．1 模拟范围

5．2．2 模型的空间离散与时间离散

5．2．3 模型的边界条件概化

5．2．4 水文地质参数的选取

5．3 三维模型校验

5．4 涌水量预测方案和预测模型检验标准

5．4．1 模型计算方案

5．4．2 预测模型的检验标准

5．5 涌水量的三维数值模拟

5．5．1 开采状态下涌水量模拟(方案一)

5．5．2 2倍涌水量模拟(方案二)

5．5．3 5倍涌水量模拟(方案三)

5．6 涌水量对区内地下水位的敏感性分析

6 主要结论

致谢

参考文献

发布时间: 2005-09-09

参考文献

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