程潮铁矿裂隙岩体渗流预测模型及数值模拟研究

摘要

多年的崩落法开采和地下水疏干,导致程潮铁矿原有水文地质条件发生剧烈变化,大气降水能够直接通过矿区上覆松动破碎岩体快速入渗补给矿坑涌水,构成了矿山生产的重大安全隐患。研究基于GIS空间分析原理,对矿区进行汇水分析,实现了矿区移动带和塌陷坑的汇水面积的精确计算;设计了矿坑涌水量监测装置,并实现了矿坑涌水量的精确监测;利用统计学理论,分析了矿坑涌水量与大气降水的响应关系,获取了矿区不同降水条件下上覆岩体的入渗系数和矿坑涌水对大气降水的滞后量。首次建立了一种大气降水补给矿坑涌水灰色.传递函数耦合预测模型,既克服了GM(1,1)模型的波动不足,又弥补了传递函数模型无指数增长的缺陷,实现了较高精度的矿坑涌水量预测;在构建程潮铁矿水文地质概化模型的基础上,成功将Darcy-Brinkman耦合渗流数学模型引入到程潮铁矿矿坑涌水量预测研究中,为采用崩落法后矿床上覆岩体松动破碎矿山地下水渗流数值模拟提供了合理的数学模型;基于有限元数值模拟,按汇水分析和入渗分析结果构建边界条件,以滞后量为先验信息,反演出当前程潮铁矿上覆破碎岩体渗透系数,研究了矿区岩体渗流特征,预测出不同大气降水强度下矿坑涌水量。研究成果应用于程潮铁矿矿坑涌水安全对策措施制定中,为矿区地表防渗与井下防突水提供理论基础和应用技术。