基于MODFLOW的含水层间水力联系分析研究

为了探查桃园煤矿Ⅱ2采区太原组灰岩含水层与深部奥灰含水层之间的水力联系,开展了井下太灰含水层的放水试验。基于放水试验成果资料,利用Visual MODFLOW三维有限差分软件,经过多次模型调整,最终确定了符合采区水文地质条件的数值模型,查明了两含水层间的水力联系。结果表明:Ⅱ2采区太灰含水层与奥灰含水层间存在宽度为50~60 m,长度约为300 m的垂向直接补给带,其垂向渗透系数为5 m/d,侧向渗透系数为3 m/d,具有明显的各向异性,该方法可作为判定含水层间水力联系的一种新方法,研究结果可为采区下一步防治水措施提供依据。     

山西庞庞塔矿地下水化学特征及含水层间水力联系分析

依据矿区补勘钻孔抽水取得的水质化验资料,重点对影响煤层开采的奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层和太原组灰岩岩溶裂隙含水层进行了水化学特征分析,结果发现,奥陶系峰峰组含水层中SO42-离子含量普遍较高,大部分地段高于HCO3-离子含量,阳离子以Ca2+和Mg2+离子为主,水化学类型以SO4-Ca· Mg型为主;上马家沟组含水层SO42-离子含量较峰峰组岩溶裂隙水明显下降.根据各钻孔水质化验的主要离子成分、矿化度、总硬度及水化学类型进行各含水层间的水力联系分析,认为峰峰组含水层与上马家沟组含水层、太灰含水层与奥灰含水层水力联系均较弱.该研究可为矿井开采中开展水害防治提供参考.     

双柳煤矿充水含水层水化学特征及涌水水源识别技术

运用灰色关联度理论,对双柳煤矿主采煤层主要充水水源水化学一般特征进行分析,确定各含水层的特征离子。采用piper三线图、离子含量柱状图,分析研究煤系地层砂岩水、太灰水、奥灰峰峰组、奥灰上马家沟组含水层的水化学特征,并利用piper三线图对本区各含水层水质类型进行初步分区,为矿井技术人员快速准确判别涌水水源类型提供了有效方法和依据。     

群孔抽水试验与同位素分析在煤矿水文地质勘查中的应用

田庄煤矿主采煤层为石炭系太原组16上及17煤层,威胁煤层开采的地下水水源主要为十下灰、十三、十四灰和奥灰含水层。其中十三、十四灰含水层水力联系密切,可按同一含水层看待。十下灰岩水为16上煤的直接充水水源,十三、十四灰灰岩水和奥灰灰岩水为16上及17煤层的底板间接充水水源,在构造地段有可能转化为直接充水水源。在研究煤矿群孔放水试验的基础上,全面分析了氢氧同位素资料,结果表明井田内十下灰和奥灰含水层有各自的补、径、排系统,正常情况下水力联系较弱;十三、十四灰含水层与十下灰和奥灰含水层均发生着水力联系,在采掘及导水断层的影响下,其含水层间地下水联系变得更加密切。两种研究的结论基本一致,增加了成果的科学性和可信性。     

刘桥矿区地下水环境同位素特征研究

通过对刘桥矿区主要含水层的环境同位素测试分析,表明研究区内各含水层δ18O值为-5.5 1‰~-10.87‰,平均-9.34‰;δD值为-5 6.3‰~83.4‰,平均-71.4 8‰,且δD与δ18O值自浅到深依次降低。还分析了该矿区地表水、新生界松散层一含水和二含水、煤系砂岩水、太灰水、奥灰水氢氧稳定同位素一般特征,研究了矿区主要含水层水的补给环境及奥灰水与其他含水层之间的联系。      

东滩煤矿奥灰放水试验数值模拟

奥灰水是东滩矿下组煤安全开采的主要水害威胁和重点防治对象。东滩矿下组煤底板奥灰水压高达7.20~11.46 MPa,在不考虑底板受采动破坏影响下,奥灰对17煤的突水系数为0.077~0.158 MPa/m,最小值亦接近现有规程标准上限值(0.10 MPa/m)。为了查清奥灰含水层水文地质条件进而制定合理的奥灰水防治措施,基于矿井的水文地质条件及奥灰放水试验,建立了适合本矿井的水文地质模型,并利用地下水模拟软件Visual Modflow,计算了奥灰含水层水文地质参数。通过验证,该水文地质模型能够客观的反映奥灰天然流场,为今后预测矿井涌水量、奥灰疏降水量提供了依据。      

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

及时准确地找到突水水源,是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析,并通过Piper三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征,并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比,正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。研究认为,水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

及时准确地找到突水水源,是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析,并通过Piper三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征,并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比,正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。研究认为,水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。      

多源数据挖掘下潘谢矿区深部灰岩水突水预警研究

深层灰岩水在长时间水岩耦合作用下各含水层的水化学成分有所不同,但随着地壳运动、采动影响等因素导致不同含水层产生水力联系。重大的突水事故都是深层高压灰岩水以浅层灰岩水为通道突入矿井发生的。依据对淮南煤田潘谢矿区9对矿井2015—2018年182个地面水文观测孔的水位数据及潘二矿突水后各水文观测孔水位变化的时空规律,得出水文观测孔的水位变化数据比水位高程数据更灵敏,潘谢矿区深层灰岩水由下向上对浅层灰岩水进行补给,通过聚类分析算法识别出矿井与深层灰岩水存在补给关系的浅层灰岩含水层区域;另一方面基于改进的随机森林算法对收集的7 000多条矿井水质化验资料进行分析,基于错分数据识别出与深层灰岩水水力联系紧密的各矿含水层信息。综合分析水位变化数据聚类分析结果,得出各矿井的突水风险区域。基于含水层分类显著因子、水化学空间分布特征,结合温度、流量、水位、水质等参数的高精度传感器,构建快速准确突水预警系统,对矿井出水点进行智能监测,为实施防治水措施提供快速、可靠的依据,可以极大地避免矿井发生突水事故和减少突水事故产生的损失。      

奥灰水文地质条件的数值模拟探讨

基于数值模拟技术以象山矿11#煤底板奥灰含水层放水试验成果为基础,深入分析与合理概化水文地质条件,采用三维地下水模拟软件Visual MODFLOW建立研究区地下水系统的三维数值模型。经过模型的校正分析,认识矿井水文地质条件,反演得出含水层主要水文地质参数,最终合理的预测了该矿井11#煤研究区底板带压涌水量及首采面奥灰含水层涌水量。     

潞安矿区古城煤矿首采区中部安昌—中华大断裂导水性研究

古城煤矿首采区中部安昌断层、中华断层及其伴生断层形成一地堑,地表宽度约500m,断层最大落差达240m。断层带岩石破碎、裂隙发育,可能使奥陶系灰岩岩溶水与太原组灰岩岩溶水通过断层带产生一定水力联系,给矿井大巷掘进及正常生产造成隐患。通过地面瞬变电磁勘探、矿井大巷掘进、水文地质试验、水质分析等多种方法,对断层的富水性及导水性进行了分析,结果表明:安昌—中华地堑在水平上两侧水力联系较弱,在水平上呈阻水特性;大断裂区域顶板二叠系含水层与地表水、第四系孔隙水和奥陶系岩溶灰水的水化学特征差异较大,富水程度不同,水位标高不一致,判断各含水层在纵向存在水力联系的可能性不大,说明中华-安昌大断层在纵向上几乎不导水。     

杨村煤矿二、四采区奥灰水放水试验及数值模拟分析

为防止杨村煤矿下组煤开采时发生底板突水事故,本文利用井下现有的水文地质观测孔,对奥陶系灰岩含水层进行了现场小型放水试验,并应用GMS软件模拟了地下水流场以获得水文地质参数。结果表明,奥灰水与十三～十四灰水在天然状态下无直接的水力联系,建议对十三～十四灰水采取疏水降压方式,对奥灰水采用避让措施,发现导水通道要及时进行处理。     

焦作矿区地下水水化学特征及涌水水源判别的FDA模型

运用统计学Fisher判别分析(FDA)理论,根据含水层涌水水样的水化学分析结果,建立焦作矿区涌水水源的数学识别模型,分析了矿区地下水水化学特征及形成机制,确定了含水层涌水的补给来源,并对它们进行判别分析及结果验证。结果表明:FDA模型预测涌水水源与常规水化学方法分析结果基本一致;矿区奥灰水补给太灰水特征明显,煤层顶板砂岩水与深部岩溶水联系较弱。FDA模型利用回代估计法所得到的误判率小,适用性强,简易方便,具有较强的涌水水源判别能力。      

基于地下水流场数值模型的矿井突水量预算

矿井发生特大突水后,第一时间掌握突水水源,并预测突水量的大小,可以为制定水害治理方案提供有力支持。利用前期通过放水试验获取的水文地质参数及建立的井田奥陶系灰岩含水层数值模型,对峰峰矿区九龙煤矿的突水水源及突水量进行了分析计算。结果发现：突水初期与突水点相距2 350m的奥灰观测孔的水位下降趋势与前期奥灰放水试验的基本一致,因此,判断突水水源为煤系地层基底奥陶系灰岩含水层水。实测瞬时突水量为2 778m3/h;利用比拟法得到的Q-S方程预算突水量为2 879m3/h;通过数值模型预算的突水稳定涌水量为2 280m3/h,三者相差不大,以此说明数值模拟在矿井突水量预算中具有一定的实用价值。     

肥城矿区地下水资源分析研究

为正确认识和解决地下水资源开发利用中存在的问题,通过检测地下水水动力条件和水化学条件的变化,对肥城矿区地下水资源现状进行了科学分析。研究认为:肥城盆地大气降水量的大小将直接影响来年地下水位的高低;四灰和五灰岩溶水中的氟离子含量普遍较高;第四系孔隙水普遍遭受了氮污染,其硝酸盐含量较高,从而使奥陶系含水层中也含有较高的硝酸盐组分;地表水及矿坑水硬度、矿化度都超标,同时存在大量硫酸根;矿井水经沉淀去除悬浮物后,可以达到污水综合排放、景观用水及煤矿井下防尘用水标准。另外,聚类分析和因子分析表明,五灰水与奥灰水普遍存在密切的水力联系。      

潘二矿奥陶系岩溶地下水数值模拟及疏放性分析

奥灰岩溶水是淮南煤田目前A组煤层开采水害威胁主要突水水源,预测和超前防治对于A组煤层安全开采具有十分重要现实意义。采用地下水系统分析、统计分析及数值模拟方法,对潘二矿“5.25”奥灰突水前后岩溶地下水动态进行系统分析,建立了数值模型,对比了防治方案,结果表明：奥灰水与太灰水之间水力联系程度存在较大差异性,其中与C₃III组含水层间水力联系密切,而与上部C₃I、C₃II组联系较弱;模拟结果间接反映了奥灰浅部裂隙、溶隙、岩溶塌陷较为发育,而深部岩溶发育相对较差;在防治方案上,将疏水降压与区域治理相结合是最佳方案,研究成果为矿井及类似矿山岩溶水害防治提供一定参考。     

淮北矿区刘桥一矿含水层水化学特征研究

为了研究刘桥一矿含水层水化学特征,在分析矿区水文地质条件的基础上,对各个含水层投产前后水质动态变化进行详细研究,并将各含水层中的矿化度、总硬度以及阴阳离子所占的比例进行对比。结果表明,随着出水时间的增加,出水点水样中Na++K+和SO42-平均含量在逐渐减少,Mg2+有所增加,Ca2+和HCO3-变化不大;总硬度和总矿化度表现出不同程度的降低。最后,从突水点水样分析结果和附近的太灰、八含长观孔的水位变化情况,推测出太灰水和八含水联系紧密,也是6煤层底板的主要突水水源。     

蔚县矿区奥灰水突水规律分析及防治水对策探讨

蔚县矿区煤系基底奥灰含水层是煤层开采底板进水的主要充水含水层,已发生多次突水灾害,造成了巨大的经济损失。在分析矿区水文地质条件的基础上,对矿区奥灰岩的富水性进行了分区。通过对多年来矿区生产矿井奥灰水突入矿井资料收集整理及突水点的时空特征的研究,得出了矿区生产矿井奥灰水突水规律：首先与奥灰含水层富水性有关;其次是断层,即使是落差不大的小断层也是突水的薄弱地段;开采1号煤层,底板隔水层厚度与水头压力是控制奥灰水突入矿井的主要因素。提出了以防为主、带压开采、封堵结合,避免强行疏排的奥灰水防治水对策,并对矿井防治水措施提出了建议。     

孙疃煤矿灰岩水补给通道分析及封堵实践

孙疃煤矿采区划分多以大断层为界,水文地质分区特征明显。矿区10煤层开采受底板太灰水威胁。太灰水具有高承压、弱富水、不均一的特征。针对此特点,10煤层开采主要采取区域疏降治理措施。101采区疏降初期太灰水位出现大幅下降,但随后出现了回升现象,100d内累计回升超过50 m。在整理前期水文地质资料的基础上,结合水位、水质变化,分析了太灰水位上升原因。研究认为,奥灰水参与了补给,补给通道位于采区浅部煤层露头附近。据此进行了通道堵漏。注浆堵漏期间,太灰观测孔14-观1、15-观3的水位变化趋势为初期回升、治理期间波动、治理后下降;奥灰观测孔15-观2水位呈现初期下降、治理期间回升、治理后稳定的趋势,说明太灰与奥灰水位两者间联动性较好,治理效果明显,确保了疏降成果。     

兖州矿区兴隆庄煤矿下组煤底板岩溶水参数计算及突水危险性评价

深部煤层开采存在来自底板的高承压奥灰岩溶水威胁,水头压力高,突水系数大。以兖州矿区兴隆庄煤矿为研究区域,对该矿下组煤第Ⅰ勘探区开展了井下孔组放水多孔观测的大型放水试验工作。基于孔组放水多孔观测试验结果,利用解析法计算了开采煤层底板含水层的水文地质参数;研究了疏水降压能否有效降低奥灰对17煤的突水系数问题。结果表明:在放水孔组区域存在不同方向上的水文地质参数;疏水降压的方式能有效降低放水孔区域奥灰对17煤的突水系数。