基于Visual Modflow煤层底板灰岩水疏放性研究——以卧龙湖煤矿首采区为例

摘要

本文研究区为卧龙湖煤矿首采区，其总面积约3．48k㎡。首采位于山西组中部的10煤。首采区范围内10煤下方约50m以下为太原群多层灰岩岩溶含水层，其岩溶发育。经计算10煤层底板灰岩水水压在0．24MPa～5．6MPa之间；太原组灰岩项水压在2．8MPa～6．0MPa之间：首采区10煤层底板灰岩水突水系数在0．06MPa/m～0．16MPa/m之间，大于0．06MPa/m。得出太灰水是10煤开采时矿井充水的重要水害。针对首采区开采10煤层时底板太原组灰岩水害，为实现10煤层安全开采，本文开展了煤层底板灰岩水疏放性研究。 由于研究区未开展灰岩水的放水试验，本文完成了基于Visual Modflow软件的研究区井下钻孔放水的数值模拟及结果分析，得到了水位降深分布规律，为10煤开采过程中太灰水放水降压提供理论依据。 本论文建立在卧龙湖煤矿已有地质、水文地质资料的基础上。通过分析研究区水文地质特征，地下水动态特征，概化了岩溶含水介质系统，建立了卧龙湖煤矿首采区的水文地质概念模型即均质各向异性的双层结构承压含水层三维非稳定流模型。并在此基础上，进一步建立了符合实际情况的三维地下水流数学模型。采用了国际先进的Visual Modflow软件对该区进行了地下水流数值运算，模拟了地下水流场的变化规律。此外还在数值模型上进行了井下疏放研究，模拟了在不同的放水量和放水时间情况下的水位降深分布。根据数值模拟结果，设计了首采区放水孔的位置、数量及所需放水时间的方案：卧龙湖煤矿首采区岩巷中设计三口井，最大抽放量为1320m3/d，在30～90天中水位降深变化为20～135m，效果显著。评价了首采区太灰水疏放方案，能够达到首采区疏放水降压的预期目标，表明在研究区可以进行疏水降压防治措施。对疏放方案的验证结果，表明所建模型能够较好地反映本区的实际水文地质条件。 综上所述，本论文探索出适合本研究区的地下水流数值模型，把Visual Modflow软件应用到底板灰岩水的防治技术和方法当中，为煤矿安全开采选择合适的防治措施，合理布置放水降压孔的位置，准确地计算放水量，达到安全高效开采提供了重要依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景

1.3 研究目的和意义

1.4 国内外研究动态及存在问题

1.4.1 防治水概况

1.4.2 存在问题

1.5 研究内容

1.6 解决的主要技术问题

1.7 研究技术路线

1.8 完成论文工作量

1.9 论文组织

2矿井概况

2.1 自然地理概况

2.2 地质概况

2.2.1 地层

2.2.2 构造

3 研究区水文地质特征

3.1 区域水文地质概况

3.1.1 地表水

3.1.2 含、隔水层

3.2 区域矿井水文地质特征

3.3 矿井水文地质条件

3.3.1 地表水系

3.3.2 矿井含、隔水层水文地质特征

3.4 井田水化学特征分析

3.5 含水层的补给、径流、排泄

3.6 供水水源

3.7 首采区概况

4 首采区地下水系统概念模型

4.1 目标含水层结构特征

4.2 研究区地下水系统边界条件

4.3 目标含水层水力联系

4.3.1 太原组灰岩含水层水力联系

4.3.2 太原组灰岩水补给源分析

4.3.3 矿井充水因素分析

4.4 研究区地下水流态研究

4.5 研究区水文地质参数确定

4.6 隔水层特征

4.7 本章小结

5 首采区10 煤层底板水流场数值模拟

5.1 Visual Modflow软件简介

5.2 三维有限差分数学模型

5.2.1 计算区域的离散处理

5.2.2 有限差分方程建立

5.2.3 模型求解

5.3 水文地质条件概化

5.4 计算模型建立

5.4.1 数学模型的软件系统转化

5.4.2 数学模型建立

5.4.3 模型形成

5.4.4 水文地质参数输入

5.4.5 边界条件输入

5.4.6 模型解法

5.4.7 模型识别验证

5.5 本章小结

6 首采区10 煤层底板太灰水的疏放性分析

6.1 首采区10 煤层底板太灰水头压力

6.2 突水系数评定法

6.3 首采区10 煤层底板太灰可能突水水量预算

6.4 疏放性分析

6.4.1 首采区安全开采疏放水量解析法计算

6.4.2 数值模拟结果与分析

6.4.3 疏放方案设计

6.5 疏放性评价

6.6 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

致 谢

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