基于GMS的孔庄矿灰岩含水层地下水数值模拟

摘要

孔庄矿近几年由于矿井开采深度的增加，深度的增加导致了地下水压力逐渐增大，灰岩含水层中的四灰水顺着裂隙、断裂构造带涌入矿井，从而对矿井生产产生威胁。因此有必要对孔庄矿灰岩含水层进行地下水数值模拟研究，从而为矿井开采提供可靠的理论依据，大大降低了矿井水害问题及安全生产事故的发生。
　　基于国内外相关研究及孔庄矿自然地理、水文气象、社会经济、水文地质条件等，采用GMS软件建立研究区地下水流模型，包括水文地质层的三维立体可视化模型和数值模型。首先利用GMS软件中的TIN和SOLID模块建立了研究区三维立体地层模型，其次通过MODFLOW模块建立了研究区灰岩含水层地下水数学模型。以2012年1月至2013年1月作为模型的识别期，2013年1月至2014年1月作为模型的验证期确定了所建模型的可靠性。得出的主要结论与成果如下:
　　(1)所建三维地层模型包括孔庄矿含水层模型和以8煤底板为上边界，以灰岩含水层中钻孔揭露深度为下边界的模拟范围内的三维地层模型。通过前者得出了孔庄矿含水层的空间组合关系，根据后者得出灰岩含水层顶部覆盖着较厚一层的泥岩，故将其作为灰岩含水层顶部的隔水边界，为建立灰岩含水层数学模型提供了依据;
　　(2)根据矿井资料并基于MODFLOW模块对灰岩含水层进行概化，将孔庄矿灰岩含水层概化为非均质，各向同性的三维非稳定流问题，同时进行边界条件概化及源汇项的处理，建立孔庄矿灰岩含水层水文地下水数值模型;
　　(3)通过对灰岩含水层模型进行识别得出观测孔实际水位和计算水位的绝对误差，研究区共有5个长观测孔共有65个节点，其中有73.9％的节点误差小于0.5m，26.1％的节点误差大于0.5m，同时计算流场与实际流场的拟合程度较好，计算流场基本上反映了灰岩含水层的地下水的流动与趋势。由此可见孔庄矿灰岩含水层识别模型所对应的水文地质模型与实际水文地质模型是基本吻合的，边界概化较为合理，源汇项处理较正确，参数分区较为合理，参数基本正确。

目录

声明

摘要

附表清单

插图清单

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 地下水研究发展趋势

1．4 目前研究中存在的问题

1．5 研究内容及技术路线

1．5．2 研究方法和技术路线

2．1 煤矿位置、交通

2．1．1 井田位置及范围

2．1．2 交通

2．2 自然地理

2．3 矿区经济情况

2．4 矿区生产及本矿生产建设情况

2．5 地质条件

2．5．1 地层

2．5．2 含煤地层

2．5．3 地质构造

2．6 水文地质条件

2．6．1 含水层的水文地质特征

2．6．2 隔水层特征

2．6．3 含水层水力联系

2．7 煤矿水文地质类型评价

3 灰岩含水层涌水量预测与评价

3．1 大井法预测灰岩涌水量

3．2 含水系数法预测灰岩涌水量

3．3 涌水量计算结果评述

3．4 灰岩含水层水害及防治措施

4．1 GMS软件介绍

4．2 地面TIN模型

4．3 三维立体地层模型

4．3．1 钻孔揭露

4．3．2 数据来源

4．3．3 三维地层建模

4．4 本章小结

5 地下水数学模型的建立与求解

5．1 MODFLOW的计算原理

5．2 基本子程序包

5．3 含水层的概化

5．4 边界条件的概化

5．5 数学模型的建立与求解方法

5．6 水文地质参数的获取

5．7 源汇项的处理

5．7．1 地下水补给量

5．7．2 地下水排泄量

5．8 模型离散化

5．9 初始流场

5．10 模型识别与校验

5．10．1 水文地质参数的识别

5．10．2 拟合结果

5．10．3 模型验证

6 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果