煤炭开采对水源保护区影响的数值模拟研究以榆神矿区三期规划区为例

摘要

榆神矿区位于陕北侏罗纪煤田的中部,是陕北能源重化工基地的重要组成部分,区内煤炭储量丰富,探明普查地质储量301.7亿吨。但由于矿区地处毛乌素沙漠南缘与黄土高原丘陵沟壑区的接壤地带,降雨稀少,生态环境脆弱,榆神矿区一期、二期开采已经产生了一系列地质生态环境问题。2012年国家发展和改革委员会批准榆神矿区三期开工建设,规划建设总规模5700×104t/a。如何借鉴榆神矿区一期、二期开采经验,实施保水开采,降低煤炭开采对区内水源保护区损害的风险是当前亟待解决的现实问题。
　　本论文以榆神矿区三期规划区为研究对象,以井田地质和水文地质资料为基础,以煤炭开采区水源地保护为目标,综合应用煤田地质学、水文地质学、工程地质学、岩体力学、地下水动力学和煤炭开采学等基础理论,采用数值模拟技术开展煤炭开采对水源保护区的影响研究,获得如下研究成果:
　　(1)通过收集规划区内现有资料,分析了含(隔)水层的水文地质和工程地质特征,结果表明:第四系萨拉乌苏组是区内的主要含水层,具有供水意义;由离石黄土和新近系红粘土组成的土层是区内主要隔水层,广布全区;
　　(2)通过构建2-2煤层上覆岩层空间结构模型,区内含(隔)水层与煤层空间组合类型可分两类,一是萨拉乌苏组含水层+土层隔水层+组合隔水岩组+煤层,二是萨拉乌苏组含水层+土层隔水层+洛河组含水层+组合隔水岩组+煤层;
　　(3)通过理论计算、力学模型分析、FLAC3D软件数值模拟等方法确定导水裂隙带发育高度为采高的26.5倍。据此可知,红石峡水源地补给区内导水裂隙带切穿土层隔水层导通上部萨拉乌苏组含水层的面积1.49km2,仅占红石峡水源地补给区面积的0.07％;瑶镇水源保护区和采兔沟水源地补给区内导水裂隙带切穿土层隔水层导通上部萨拉乌苏组含水层的面积6.33km2,占瑶镇水源地和采兔沟水库保护区面积的0.47%;臭柏保护区的导水裂隙在大部分区域内不会直接影响到萨拉乌苏组含水层;
　　(4)通过构建区内水文地质模型,运用Visual MODFLOW软件计算采煤对地下水流场的影响,计算结果表明:开采25年后,红石峡水源地保护区汇流范围内萨拉乌苏组地下水渗漏量达到1002.78~1050.05万 m3/a,占红石峡水源地水资源量的3.04%~3.19%;瑶镇和采兔沟水源地保护区汇流范围区内萨拉乌苏组地下水渗漏量达到1666.00~1704.34万m3/a,占瑶镇和采兔沟水源地水资源总量的7.33%~7.50%;在隆德矿井南部形成水位下降值约为1.0~2.0m的降落漏斗,会对隆德矿井南部附近臭柏自然保护区产生一定的影响;
　　以上研究成果对于榆神矿区三期规划区采区布置、开采顺序、采煤方法及开采工艺选取具有一定的指导意义,同时定量分析了区内煤炭开采对红石峡水源地、瑶镇和采兔沟水源地及臭柏自然保护区影响范围和程度,对于其他类似矿区的煤炭开采具有借鉴作用。

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第一章 绪论

1.1研究的目的及意义

1.2相关领域研究现状

1.3 研究内容、方法及技术路线

第二章 研究区概况

2.1地理位置

2.2地形地貌

2.3气象水文

2.4地质概况

2.5水文地质条件

2.6水源保护区概况

第三章 煤炭开采对上覆含水岩组的影响

3.1含(隔)水层与煤层空间组合特征

3.2导水裂隙带发育高度的预测

3.3导水裂隙带对上覆含（隔）水岩组的影响

第四章 煤炭开采对水源保护区影响的数值模拟

4.1地下水流数值模拟

4.2煤炭开采对水源保护区的影响

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢