矿井涌水对地下水流影响数值模拟研究

摘要

地下煤矿资源的开采不可避免会扰动地下水原有系统的平衡，矿井生产过程涌水外排使地下水水位下降，特别是在我国西北内陆地区水资源匮乏、生态环境脆弱，地下水资源是区域生活、生产的主要水源，也是维系区域生态系统平衡的重要组成部分。本文以陕北锦界煤矿为工程背景，基于研究区详细的水文地质勘探资料及多年实测矿井涌水量资料，借助Visual MODFLOW软件建立研究区三维水文地质模型，预测研究区未来煤矿开采对地下水水位及水量的影响，研究结果可为井田保水采煤工作提供参考。
　　选择以地下水分水岭及河流等自然边界划定模型模拟范围，垂向上将模拟范围概化为六层结构，分别建立自然状态模型与开采状态模型，进行煤矿开采前后的分析对比。利用所建数值模拟模型结合水文地质比拟法预测出不同工作面及采空区正常涌水量及最大涌水量，以抽水井形式概化煤矿开采条件得到矿井涌水对地下水水位及水量的影响结论:
　　(1)对地下水水位的影响:自工作面探放水工作开始后，水位开始下降;当工作面开采结束后，水位不会迅速回升，仍会有下降趋势;待采空区涌水稳定后，水位开始缓慢回升。研究区部分潜水含水层会被疏干，水位降深主要发生在期间开采的工作面所在位置，以工作面为中心水位降深向外逐渐减小，不同区域水位下降幅度存在差异。
　　(2)对含水层水量交换的影响:煤矿开采会使该含水层总交换水量与自然状态相比增加了近4倍，接受上下含水层的补给量明显增大;直罗组风化基岩含水层排向上一层的水量基本不变，而排向煤矿开采一层的水量增加近2倍;第四系潜水含水层向下排泄量增加了近0.5倍。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤矿开采数值模拟研究

1．2．2 研究区域相关研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究方法

第二章 研究区概况

2．1 自然概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 水文气象

2．2 地质及煤层

2．2．1 地质构造

2．2．2 主采煤层

2．3 水文地质

2．3．1 含水层特性

2．3．2 相对隔水层特性

2．3．3 地下水循环规律

2．4 矿床水文地质

2．4．1 煤层与含水层关系

2．4．2 矿井充水因素

第三章 建立数值模拟模型

3．1 模拟范围及网格剖分

3．2 水文地质分层

3．3 边界条件概化

3．4 源汇项

3．4．1 自然状态源汇项

3．4．2 采动状态源汇项

3．5 水文地质参数概化

3．5．1 自然状态地质参数

3．5．2 采动状态地质参数

3．6 建立数学模型

3．7 基于Visual Modflow的自然状态模拟

3．8 基于Visual Modflow的采动状态模拟

第四章 概化煤矿开采条件

4．1 工作面布置及开采规划

4．2 矿井涌水量

4．2．1 实测矿井涌水量分析

4．2．2 预测矿井涌水量

4．3 煤矿开采条件概化

第五章 煤矿开采对地下水的影响预测

5．1 煤矿开采对地下水水位的影响

5．2 水位随时间变化趋势

5．3 煤矿开采对含水层水量交换的影响

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的学术活动及成果情况