二亩沟煤矿开采降压疏水对洪山泉影响的数值模拟研究

发布时间：2020-05-28 03:19

【摘要】：以平遥二亩沟煤矿为例,分析了洪山泉域和井田的地质及水文地质条件,考虑对11号煤层带压区采取降压疏水措施,应用Visual Modflow软件建立水文地质概念模型和数学模型,预测其对洪山泉岩溶地下水的影响。研究结果显示,在井田开采突水系数为0.06~0.07 MPa/m的井田中东部地段布设1口疏水降压井,排水110 d后,模拟区最大水位降深约54 m,影响半径约2 056.77 m,影响面积约13.29 km2,表明降压疏水会对洪山泉域岩溶地下水环境产生影响,可为煤矿开采与地下水资源的保护提供依据。
【图文】：

分布图,突水系数,分布图

岩溶发育不均匀，地下水位变化幅度较大，井田范围内奥灰水位标高约为918～922m，地下水流向整体为由东北向西南。4号煤层底板标高为780～1290m，9号煤层底板标高为730～1280m，11号煤层底板标高为720～1260m。井田内各开采煤层部分地段位于奥灰岩溶水位标高之下，开采煤层将受到奥灰岩溶水的不同程度威胁［10－12］。根据《煤矿防治水规定》煤层突水系数计算公式，计算各煤层突水系数。11号煤层可以划分为不带压区、带压安全区(突水系数为0～0.06MPa/m)、带压危险区(突水系数为0.06～0.07MPa/m)3个区，见图1。图111号煤层突水系数分布图2数值模拟计算2．1水文地质概念模型1)含水层结构概化。将奥陶系碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组，包括奥陶系峰峰组、马家沟组灰岩含水层作为目标含水层，依据二亩沟煤矿钻孔资料揭露，本地区奥陶系中统峰峰组上部为白云质泥灰岩夹薄层灰岩，底部为角状泥灰岩，层厚约185m;奥陶系中统上马家沟组为泥灰岩、泥质灰岩互层和灰黑质纯厚层石灰岩，揭露厚度138m。模拟区大部覆盖石炭、二叠系碎屑岩，局部有第四系松散层覆盖，目标含水层上部为石炭系本溪组隔水层;在西南部为奥陶系灰岩出露，接受大气降水补给。下部为奥陶系下统隔水层，具有良好的隔水能力，阻断了目标含水层与其下部含水层的水力联系。根据参数敏感性分析，并取被导通含水层中最不利的水文地质参数代替这个含水层的各项参数。2)模型边界概化。根据洪山泉域实测奥陶系岩溶水水位等值线流向和大小，将洪山泉域东部边界线概化后作为模拟区东部边界，距井田内带压区最小距离约0.5km;洪山泉域西部边界线概化后作为模拟区西部边界，距煤矿西部矿界最小距离约16.5km;洪山泉域北部边界线概化后作为模拟区北部边界，距煤矿北部矿界最?

等值线图,初始水位,等值线图,边界

源汇项，m/d;n为边界的外法线方向;Kn为边界法线方向的渗透系数，m/d;q为渗流区二类边界上的单位宽度流量，m3/d;Γ2表示第二类边界。2．3模型识别选择2012年3月12日至9月3日作为模型的识别阶段，将水文地质调查和抽水试验得到的水文地质参数、边界条件、水头初始条件作为模型调参的初始值，运行预报模型，用实测水位和计算水位进行拟合分析，如果计算水位与实测水位相差很大，则根据参数变化范围和实际水位差值，重新给定一组参数，再进行迭代计算，直至二者拟合较好为止。模拟区边界及初始水位情况如图2所示。图2模拟区边界及初始水位等值线图通过调参计算，实测水位和计算水位等值线拟合结果较好，说明含水层概化、参数选择符合实际。其中渗透系数和弹性释水系数调参结果如下:Ⅰ区分别为7.03m/d和0.000208;Ⅱ区分别为5.35m/d和0.000198;Ⅲ区分别为4.83m/d和0.000185;Ⅳ区分别为4.83m/d和0.000169。分区情况如图3所示。图3模拟区水文地质参数分区图2．4预测分析11号煤层于井田中东部和东北部的突水系数大于0.06MPa/m(构造破坏带临界突水系数)，最大突水系数为0.07MPa/m，在地质构造破碎带开采时有可能对奥陶系岩溶水产生影响。假设要对11号煤层突水系数为0.06～0.07MPa/m的地段进行开采，从安全角度考虑，需采取疏水降压措施，根据疏排水假设和计算分析，带压段11号煤层开采前，需布设1口降压抽水井(J1)，单井抽水量为500m3/d(参考当地实际情况)，提前60d进行预疏排水。井田中东部突水系数大于0.06MPa/m采区开采时间为50d，加上提前60d进行疏水降压，总排水时间为110d。抽水60d后研究区内形成以J1为中心的漏斗，漏斗中心的水位降深约为32m，往上、下游水位降深逐渐变小，上游的最大影响距离约0.7km

【参考文献】