孔隙含水层底板参数变化条件下煤矿开采对松散含水层影响规律的数值模拟研究

发布时间：2017-10-28 02:27

  本文关键词：孔隙含水层底板参数变化条件下煤矿开采对松散含水层影响规律的数值模拟研究

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【摘要】：常村煤矿位于山西省长治盆地内,当地黄土覆盖层较厚,尤其是所研究的常村煤矿S6采区,松散含水层厚46~125m,平均厚度达88.2m。本文主要研究在厚黄土覆盖地区,常村煤矿S6采区煤层开采产生的导水裂隙带高度接近但未导通孔隙含水层底板(排除由于导水裂隙带的因素造成上覆第四系含水层疏干的情况),建立符合实际流场的三维地下水流数值模拟模型,在模型中通过改变煤层开采后采空区不同部位渗透系数的大小,达到考虑煤层开采的要素,然后设计不同的模拟方案,使孔隙含水层底板渗透性、厚度分别以一定的规律变化,分析不同模型设计方案对造成上覆第四系含水层疏干程度的影响规律。国内外学者的研究主要针对煤层开采后导水裂隙高度导通松散含水层底板、顶板突水的情况,没有考虑导水裂隙高度未导通孔隙含水层底板时,上覆含水层越流入渗造成第四系含水层地下水疏干;或者仅定性分析了煤层采动后对第四系松散含水层是否有影响或破坏;亦或者有的学者也运用数值模拟定量分析了煤层开采对第四系松散含水层的影响,但是将第四系含水层和其他含水层统一作为一层来研究,其为冒落裂隙渗流,和裂隙层扰流机理不同。针对前人研究的不足,本文主要研究导水裂隙带高度接近但未导通孔隙含水层底板,第四系含水层越流补给下伏含水层,导致地下水疏干,同时,煤层开采后地层岩性变化,将涉及的含水层地层岩性在模型中改变后,进一步分析了孔隙含水层底板渗透性变化、厚度变化对第四系含水层疏干的影响。本文的主要研究内容有:1.根据研究区范围内常村煤矿、余吾煤矿、王庄煤矿的钻孔资料生成三维模型,结合其地质、水文地质资料建立三维非稳定流数值模拟模型,并对模型进行拟合校正。S6采区煤层开采后,导水裂隙带高度距离孔隙含水层底板25m,且煤层开采后使二叠系砂岩裂隙含水层地下水疏干到煤系地层底板。2.在以上所建立模型的基础上,分析采空区不同部位岩层渗透特性实验、采空区裂隙发育特征研究及前人岩石破碎程度试验等,得出冒落裂隙带地层参数。设计不同的模拟方案,在孔隙含水层底板渗透系数为10-4cm/s的情况下,孔隙含水层底板厚度以10、20m、40m、60m、80m变化时,随着厚度的增加,第四系含水层水位降深逐渐减小,且随着时间的推移水位降深逐渐变缓。3.在孔隙含水层底板厚度为20m的情况下,孔隙含水层底板渗透系数以10-2cm/s、10-3cm/s、10-4cm/s、10-5cm/s、10-6cm/s、10-7cm/s规律变化时,随着渗透系数的变小,第四系含水层水位降深逐渐减小,且随着时间的推移水位降深逐渐变缓。
【关键词】：三维地下水数值模拟 模型识别 冒落裂隙带 水位降深 第四系
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD82;TD12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 研究意义10-11
• 1.1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2 研究内容13-14
• 1.3 研究方法和技术路线14-16
• 1.4 主要创新点16-18
• 第二章 研究区概况18-34
• 2.1 研究区地理位置18-19
• 2.2 自然地理条件19-20
• 2.3 研究区地质条件20-28
• 2.3.1 地层20-26
• 2.3.2 地质构造26-28
• 2.4 研究区水文地质条件28-34
• 2.4.1 研究区含水层28-29
• 2.4.2 研究区隔水层29-32
• 2.4.3 地表水与地下水水循环分析32
• 2.4.4 地下水动态分析32-34
• 第三章 常村煤矿S6采区地质、水文地质条件34-44
• 3.1 常村煤矿及S6采区概况34-36
• 3.2 S6采区地质条件36-38
• 3.2.1 地层36-38
• 3.2.2 地质构造38
• 3.3 S6采区水文地质条件38-41
• 3.3.1 含水层38-40
• 3.3.2 隔水层40-41
• 3.4 煤田地质特征41-44
• 第四章 地下水三维数值模拟模型44-64
• 4.1 水文地质概念模型44-45
• 4.2 数学模型45-46
• 4.3 模型剖分46-48
• 4.4 模型的识别与检验48-64
• 4.4.1 时段与初始流场48-49
• 4.4.2 源汇项49-57
• 4.4.3 模型边界条件57-58
• 4.4.4 地层参数确定58-59
• 4.4.5 模型识别59-62
• 4.4.6 模型检验62-64
• 第五章 孔隙含水层底板参数变化条件下的数值模拟预测64-92
• 5.1 预测方案设计64-65
• 5.2 预测阶段参数确定65-67
• 5.3 预测成果67-84
• 5.4 预测成果分析84-92
• 第六章 结论与建议92-94
• 6.1 结论92
• 6.2 建议及不足92-94
• 参考文献94-98
• 附录98-104
• 附表 1：漳泽水库 2001-2014年流域平均降水量月统计表98-99
• 附表 2：常村煤矿井田及周围人畜吃水情况统计表99-102
• 附表 3：工业用水水井一览表102-104
• 致谢104-105
• 攻读学位期间发表的学术论文目录105

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