采场工作面顶板突水的渗流场分析

应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心(CRISR)自主开发的F-RFPA2D渗流与应力耦合分析系统,对煤层顶板随着开采的逐步进行,采动裂隙逐渐向上发展并最终与含水层连通,进而发生顶板突水的全过程进行了数值模拟,直观地显示了煤层顶板的变形、破坏过程以及渗流场在整个岩体的运移过程及其突水前后渗流场的变化情况,从而较好地揭示了顶板突水过程。      

石嘴山市地下水流模型及其数值模拟

本文在对宁夏石嘴山市的水文地质和地下水资源进行系统分析的基础上,建立了石嘴山市地下水水流模型.并采用有限差分法,利用Processing Modflow软件对该市浅层地下水进行了数值模拟.在模型的拟合阶段和检验阶段,水头计算值与观测值的误差绝对值的平均值分别为0.28和0.18米,所有结果显示两者基本一致,说明所建模型符合实际,可以用于研究区地下水位与水量的近期及远景预测.     

实测阻水系数评价奥灰突水危险性方法研究

开采受奥灰水威胁的煤层时,通常都把突水系数作为安全评价的依据,此方法存在一定局限性。采用室内小尺寸水力压裂试验测得煤层底板的阻水系数;用实测的阻水系数对兴隆庄煤矿首采区下组煤(16_上煤、17煤)带压开采时奥灰水的突水危险性进行了评价。结果表明,该方法评价奥灰突水危险性直观、清晰、简洁,值得推广。      

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟初探

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡.岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段.水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题.为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模;利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据;采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模;最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图.岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R2为0.8722.由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法.     

承压水底板突水失稳过程的数值模型初探

利用自行开发的岩石破裂过程渗流与应力耦合分析系统F-RFPA2D,对承压水底板破裂失稳过程进行了数值模拟。在这个数值模型中,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。根据模拟结果,分析了承压水底板失稳的机理,对承压水底板的突水部位的预测进行了探讨。得出了与实际基本一致的结果,说明了F-RFPA2D作为一种新的数值模拟方法,可以用来研究承压水底板突水问题。      

广州江村水源地岩溶地下水流场数值模拟

采用GMS软件建立江村水源地岩溶地下水水文地质概念模型,利用MODFLOW模块模拟了岩溶地下水分布。模型识别、验证结果表明,所建立模型达到精度要求,真实地反映了该区域地下水水力特征,为该地区地下水污染调查评价奠定了基础。     

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。     

FEFLOW在区域地下水流场演化数值模拟中的应用

首先建立了洛阳龙门地区水文地质模型,然后运用FEFLOW软件对研究区寒武系地下水进行了数值模拟计算,得出了影响景区泉群正常出流的可能原因,主要有降雨量小,煤矿的开采,居民,企业,农业用水的增加等。     

峰峰五矿底板突水数值模拟及涌水量预测

利用峰峰五矿的突水资料进行了矿区地下水数值模拟和矿井涌水量预测。首先,根据水文地质条件,建立矿区地下水渗流的数学模型。然后,运用突水资料对模型进行检验,模型检验中各观测孔的实测水位与模拟水位拟合较好。最后,利用所建模型进行矿坑涌水量预测,结果表明,-100m水平以下煤层的开采,矿坑涌水量大,开采成本较高。     

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。     

府谷矿区矿井涌水实例及突水因素分析

在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,以冯家塔煤矿1201工作面为例,论述了府谷矿区矿井突水因素,认为大气降水、岩溶水和地表水是矿井充水的主要水源,断层、采煤形成的裂隙带是矿井充水的通道,小煤矿采空区是未来煤矿安全生产的重大隐患。运用突水系数和水文地质实验法,对矿区的突水危险区域进行了评价,指出井田西北部突水系数大于0.6,可能存在突水危险;清水川地堑断裂带内富水性及导水性弱,对煤层开采不会造成威胁。最后提出了加强矿井水文地质勘查、做好矿井涌水量观测等矿井防治水建议。     

三李煤矿突水因素分析及堵水工艺探讨

根据三李煤矿矿井地质及水文地质条件的分析，三李煤矿矿井突水水源应该是来自二1煤直接底板太原组上段L7－8灰岩岩溶溶裂隙含水层。为探明突水通道，采用“先探后堵，探堵结合，堵源为主”的治理方案，查明了该次突水的主要通道是：“通过煤层而未经任何材料封闭的钻孔^[1]。经对此处实施了钻孔注浆后，恢复了矿井生产。     

解析法和数值法在丘陵地区矿坑涌水量预测中的比较

丘陵地区地下水资源不丰富,依赖于地下水的生态环境也比较脆弱。在开采该地区的矿产资源过程中,采矿排水对周边地下水资源的影响应成为值得注意的问题。以安徽省庐江县某一铁矿为例,采用解析法和数值法分别对该矿矿坑涌水量进行预测,并将两种方法的预测结果进行了对比分析。结果表明：在-500 m开采条件下,计算结果分别为41991．44 m3/d和3150 m3/d,得出数值法更适合水文地质复杂条件下矿坑用水量的预测,且与实测结果较为吻合,具有一定实用性,可为矿山制定防排水方案提供依据。     

利用趋势化随机参数场的地下水流数值模拟优化方法

水文地质参数场的刻画是建立地下水流数值模拟模型的关键问题和难点问题。通常来讲,参数场合理性程度越高,模型拟合精度越高。本次研究将随机方法和参数空间分布表达进行结合,提出了趋势化随机参数场的构建方法。以渗透系数为研究对象,首先利用MCMC采样和样本数据特征确定水文地质参数的基本数据结构,进而根据样本空间分布特征对其进行趋势化处理,最终形成趋势化的渗透系数场。通过算例分析,利用趋势化处理后的渗透系数场能够大幅提高模拟精度,相比传统赋均值方法其误差可降至原来的1/3。在北京大兴跌隆起地区进行的实例应用说明,趋势化渗透系数场对提升岩性粒径较大(中砂以上)地区模拟精度效果显著,案例中粗砂区域渗透系数经趋势化处理后平均拟合误差由2.76 m下降至0.64 m;而对岩性以细砂及以下粒径为主的区域模拟精度提升并不明显。总体来说,该方法可为地下水流数值模型的优化提供借鉴,提升模型拟合精度,从而更加合理地刻画地下水流系统。     

基于SWAT模型的漳卫南流域水量模拟

结合2000～2004年的资料,用SWAT模型构建了漳卫南流域分布式水文模型,对漳卫南流域的水量过程和水量平衡进行了模拟分析,并将模型模拟结果与海河流域水资源公报和实测水文站数据进行了比较。水平衡分析结果表明,流域内的来水项主要是降雨和灌溉水量,去水项主要是腾发量和汛期的径流量;该模型对于漳卫南流域水量模拟与实际比较一致。     

义煤集团西部四矿奥灰水防治技术研究

2006年曹窑东井27080工作面突然发生大型奥灰滞后突水,最大涌水量达到1693m^3／h,通过矿井水文地质条件分析,曹窑东井及相邻西部四矿大部分区域已处于“突水危险区”。为避免奥灰突水灾害再次发生,提出了“以防为主”的预防奥灰突水的技术手段和方法步骤,以探索深部煤炭开采的防治水工作。     

华北煤矿奥灰突水特点及防治对策研究

奥陶系灰岩含水层是华北地区各矿区煤层开采的重要水害,通过对奥灰突水及相关的案例分析,认为奥灰突水多发生在区域降水量大于700mm的矿区;导水断层和陷落柱是造成突水的主要通道;奥灰水也可以通过补给薄层灰岩而进入矿井;不同层段的奥灰岩,其富水性不同,奥灰岩顶界具有一定的隔水作用。针对华北地区煤矿奥灰突水特点,提出其防范对策应是加强不同层位的水文地质探查,重点防范集中导水通道突水,并进行中间层的改造。     

矿井涌水量计算的非稳定流解析法

目前矿井涌水量预测普遍存在着评价方法简单、机械套用计算公式、或利用应用软件玩模拟游戏等现象,反而对非常适用的非稳定流解析法重视不够。根据非稳定流解析法公式的基本原理,对其在矿井涌水量预测方面的适用性进行了讨论,并以山西省霍州煤电集团公司某煤矿采区水文地质补充勘查报告矿井涌水量预测为例进行了计算,计算结果表明:非稳定流解析法的雅柯布(近似)公式对于煤层底板突水的矿井涌水量预测,较稳定流解析法和传统的类比外推法在理论上更适用,操作上更灵活;与数值法相比,其又具有较好的直观性。在实践中,该方法计算过程清晰,计算结果可靠,具有推广应用价值。     

前郭-扶余地区地下水流数值模拟

研究区位于松辽盆地中西部，含水层主要为第四纪地层，采用迦辽金有限单元法对区内开采层进行了数值模拟和预报，为区内小城镇发展的供水问题提供了开采方案。由于边界条件及源汇项等都是经过分析推测的，所以随着预报时间的增长，预报的可靠性也将降低。