孔隙含水层底板参数变化条件下煤矿开采对松散含水层影响规律的数值模拟研究

摘要

常村煤矿位于山西省长治盆地内，当地黄土覆盖层较厚，尤其是所研究的常村煤矿S6采区，松散含水层厚46~125m，平均厚度达88.2m。本文主要研究在厚黄土覆盖地区，常村煤矿S6采区煤层开采产生的导水裂隙带高度接近但未导通孔隙含水层底板（排除由于导水裂隙带的因素造成上覆第四系含水层疏干的情况），建立符合实际流场的三维地下水流数值模拟模型，在模型中通过改变煤层开采后采空区不同部位渗透系数的大小，达到考虑煤层开采的要素，然后设计不同的模拟方案，使孔隙含水层底板渗透性、厚度分别以一定的规律变化，分析不同模型设计方案对造成上覆第四系含水层疏干程度的影响规律。
　　国内外学者的研究主要针对煤层开采后导水裂隙高度导通松散含水层底板、顶板突水的情况，没有考虑导水裂隙高度未导通孔隙含水层底板时，上覆含水层越流入渗造成第四系含水层地下水疏干；或者仅定性分析了煤层采动后对第四系松散含水层是否有影响或破坏；亦或者有的学者也运用数值模拟定量分析了煤层开采对第四系松散含水层的影响，但是将第四系含水层和其他含水层统一作为一层来研究，其为冒落裂隙渗流，和裂隙层扰流机理不同。针对前人研究的不足，本文主要研究导水裂隙带高度接近但未导通孔隙含水层底板，第四系含水层越流补给下伏含水层，导致地下水疏干，同时，煤层开采后地层岩性变化，将涉及的含水层地层岩性在模型中改变后，进一步分析了孔隙含水层底板渗透性变化、厚度变化对第四系含水层疏干的影响。
　　本文的主要研究内容有：
　　1.根据研究区范围内常村煤矿、余吾煤矿、王庄煤矿的钻孔资料生成三维模型，结合其地质、水文地质资料建立三维非稳定流数值模拟模型，并对模型进行拟合校正。S6采区煤层开采后，导水裂隙带高度距离孔隙含水层底板25m，且煤层开采后使二叠系砂岩裂隙含水层地下水疏干到煤系地层底板。
　　2.在以上所建立模型的基础上，分析采空区不同部位岩层渗透特性实验、采空区裂隙发育特征研究及前人岩石破碎程度试验等，得出冒落裂隙带地层参数。设计不同的模拟方案，在孔隙含水层底板渗透系数为10-4cm/s的情况下，孔隙含水层底板厚度以10、20m、40m、60m、80m变化时，随着厚度的增加，第四系含水层水位降深逐渐减小，且随着时间的推移水位降深逐渐变缓。
　　3.在孔隙含水层底板厚度为20m的情况下，孔隙含水层底板渗透系数以10-2cm/s、10-3cm/s、10-4cm/s、10-5cm/s、10-6cm/s、10-7cm/s规律变化时，随着渗透系数的变小，第四系含水层水位降深逐渐减小，且随着时间的推移水位降深逐渐变缓。

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2研究内容

1.3研究方法和技术路线

1.4主要创新点

第二章 研究区概况

2.1研究区地理位置

2.2自然地理条件

2.3研究区地质条件

2.4研究区水文地质条件

第三章 常村煤矿S6采区地质、水文地质条件

3.1常村煤矿及S6采区概况

3.2 S6采区地质条件

3.3 S6采区水文地质条件

3.4煤田地质特征

第四章 地下水三维数值模拟模型

4.1水文地质概念模型

4.2数学模型

4.3模型剖分

4.4模型的识别与检验

第五章 孔隙含水层底板参数变化条件下的数值模拟预测

5.1预测方案设计

5.2预测阶段参数确定

5.3预测成果

5.4预测成果分析

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2建议及不足

参考文献

附 录：

致谢

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