新疆克尔碱矿区煤层顶板突水风险评价及涌水量模拟预测研究
发布时间：2022-02-20 19:18
矿井突水一直是威胁煤炭安全开采的重要地质问题。因此有必要提前预测掌握矿井的突水风险和涌水量情况,以提前预防矿井水害事故,保障矿井的安全生产。本文以新疆克尔碱矿区为研究对象,基于GIS地理信息系统对矿区主采煤层的顶板突水风险进行了预测评估,同时运用GMS地下水数值模拟软件煤层开采过程中的涌水量进行了模拟预测。本文主要研究成果有:（1）选取了相应地学因素构建了煤层顶板含水层富水性评价指标体系,运用GIS系统构建了各指标的空间分布专题图。基于变权理论对煤层顶板含水层富水性进行了评价。并结合实测涌水量数据证明其准确性。同时计算煤层顶板导水裂隙带发育高度并绘制了煤层顶板冒裂风险分区图。最终基于“三图法”基本原理,对煤层顶板突水风险进行了综合评价。最终结果显示矿区中部为突水风险较高区域,应作为涌水量预测和防治水工作的重点区域。（2）构建研究区流场数值模型,分单井开采和群井开采两种工况对矿井涌水量进行了模拟预测。单井开采工况以十一号矿井为例模拟了涌水量随开采进程的动态变化规律,群井开采工况模拟预测了矿区未来大规模开采时各矿井的稳定涌水量。同时对比了两种工况下十一号矿井的涌水量差异,结果表明群采情况下...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
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 顶板突水机理及风险评价研究现状
1.2.2 矿井涌水量预测方法的研究现状
1.3 研究方案及技术路线
第二章 研究区概况
2.1 自然地理
2.1.1 地理位置
2.1.2 地形地貌
2.1.3 气象条件
2.1.4 河流水系
2.2 区域基础地质
2.2.1 地质构造
2.2.2 地层岩性
2.3 水文地质条件
2.3.1 矿区水文地质条件
2.3.2 地下水补给、径流、排泄条件
2.4 矿区开采条件
2.4.1 开采层位
2.4.2 煤层顶底板特征
2.4.3 矿床充水因素及充水途径
第三章 煤层顶板突水风险评价及分区
3.1 研究方法概述
3.1.1 基于GIS地理信息系统的三图法
3.1.2 AHP型富水性指数法
3.1.3 变权理论
3.2 顶板含水层富水性主控因素专题图的构建
3.2.1 含水层富水性影响因素
3.2.2 富水性评价指标体系的构建
3.2.3 各主控因素专题图的建立
3.2.4 数据归一化
3.2.5 单因素归一化专题图
3.3 基于变权理论的煤层顶板含水层富水性分区评价
3.3.1 富水性分区状态变权函数
3.3.2 变权区间及模型参数的确定
3.3.3 层次分析法确定富水性主控因素常权权重
3.3.4 基于变权模型的含水层富水性分区评价
3.3.5 变权模型与常权模型富水性评价结果对比分析
3.4 煤层顶板冒裂风险分区评价
3.4.1 煤层顶板岩性特征及稳定性分析
3.4.2 煤层顶板导水裂隙带高度计算
3.4.3 煤层顶板冒裂风险分区评价
3.5 基于“三图法”的煤层顶板突水风险综合评价
3.6 本章小结
第四章 煤层开采过程中矿井涌水量模拟预测
4.1 矿井涌水量数值模拟基本理论
4.1.1 达西定律和地下水运动连续性方程
4.1.2 地下水运动微分方程和定解条件
4.2 水文地质概念模型的建立
4.2.1 数学模型
4.2.2 模拟范围及边界条件的概化
4.2.3 含水层结构概化
4.2.4 水文地质参数选取
4.2.5 源汇项概化
4.3 地下水流场数值模拟与验证
4.3.1 三维地质实体模型建立
4.3.2 地下水流场模拟
4.3.3 地下水流场校验
4.3.4 参数识别
4.4 矿井涌水量模拟预测
4.4.1 疏降方案
4.4.2 单井涌水量动态模拟预测
4.4.3 群井开采涌水量模拟预测
4.4.4 大井法计算涌水量
4.4.5 预测结果对比分析
4.5 本章小结
第五章 矿区开采对区域水资源影响效应分析
5.1 矿区开采对地表水量影响分析
5.1.1 群采对地表水量影响分析
5.1.2 设置禁采区后群采对地表水影响分析
5.2 开采对矿区水质影响分析
5.2.1 模糊数学水质评价法
5.2.2 开采对地表水质影响分析
5.2.3 开采对地下水质影响分析
5.3 矿井防治水及区域水资源保护措施研究
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 不足与展望
参考文献
致谢
硕士期间参与的科研项目
硕士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于博弈论变权TOPSIS模型的煤层底板突水风险评价[J]. 杨晟,贾超,张丰,袁涵,陈阳,张建配. 中国矿业. 2019(S1)
[2]基于GIS的AHP型常权模型与分区变权模型的底板突水脆弱性评价[J]. 牛鹏堃,李哲,刘守强,曾一凡,宫厚健. 煤炭技术. 2018(08)
[3]中国煤矿水害综合防治技术与方法研究[J]. 崔芳鹏,武强,林元惠,赵苏启,曾一凡. 矿业科学学报. 2018(03)
[4]大西沟铁矿生态环境模糊综合评价研究[J]. 陈磊,王家鼎,谷天峰,于国强,王安国. 土壤通报. 2017(04)
[5]煤层底板突水危险性变权评价理论及其工程应用[J]. 李博,武强. 应用基础与工程科学学报. 2017(03)
[6]煤矿水害防治基础科学发展思考[J]. 尹尚先. 煤炭工程. 2016(S2)
[7]基于改进富水性指数法的灰岩含水层富水性评价[J]. 王洋,申建军. 煤炭工程. 2016(S2)
[8]“十三五”能源发展规划中降低煤炭消费将是重点之一[J]. 能源化工. 2016(05)
[9]煤层底板突水变权评价中变权区间及调权参数确定方法[J]. 武强,李博. 煤炭学报. 2016(09)
[10]陕北煤田生态潜水保护与矿井水害预防对策[J]. 夏玉成,杜荣军,孙学阳,杜少华. 煤炭科学技术. 2016(08)
博士论文
[1]煤矿充水含水层富水规律与分区评价及疏降水量动态预测[D]. 王洋.中国矿业大学(北京) 2017
[2]台格庙矿区顶板涌（突）水危险性评价与矿井涌水量预测[D]. 许珂.中国矿业大学(北京) 2016
[3]基于变权理论的煤层底板突水脆弱性评价[D]. 李博.中国矿业大学(北京) 2014
[4]义马煤业（集团）有限责任公司可持续发展战略研究[D]. 田富军.中国地质大学 2012
[5]平朔一号井工矿顶板水害评价方法与应用研究[D]. 徐连利.中国矿业大学（北京） 2010
[6]神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 伊茂森.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]神华宁煤集团公司某煤矿充水含水层富水性分区评价研究[D]. 赵佩哲.石家庄经济学院 2015
[2]基于流固耦合物理模拟技术的顶板突水机理研究[D]. 夏向学.华北科技学院 2015
[3]基于GIS的顶板水害条件分析及多源信息综合评价[D]. 罗斌.中国矿业大学 2014
[4]鸳鸯湖矿区矿井涌水量预测方法研究[D]. 朱宏军.煤炭科学研究总院 2014
[5]梅江隧道穿越工程水文地质特征及涌水量预测分析[D]. 魏祥江.山东大学 2013
[6]三都隧道施工涌水量的动态预测研究[D]. 金圣杰.成都理工大学 2012
[7]云南会泽铅锌矿深部矿坑涌水量预测[D]. 周沛洁.昆明理工大学 2011
[8]动态聚类法研究[D]. 徐艺萍.西南大学 2006
本文编号：3635660
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
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 顶板突水机理及风险评价研究现状
1.2.2 矿井涌水量预测方法的研究现状
1.3 研究方案及技术路线
第二章 研究区概况
2.1 自然地理
2.1.1 地理位置
2.1.2 地形地貌
2.1.3 气象条件
2.1.4 河流水系
2.2 区域基础地质
2.2.1 地质构造
2.2.2 地层岩性
2.3 水文地质条件
2.3.1 矿区水文地质条件
2.3.2 地下水补给、径流、排泄条件
2.4 矿区开采条件
2.4.1 开采层位
2.4.2 煤层顶底板特征
2.4.3 矿床充水因素及充水途径
第三章 煤层顶板突水风险评价及分区
3.1 研究方法概述
3.1.1 基于GIS地理信息系统的三图法
3.1.2 AHP型富水性指数法
3.1.3 变权理论
3.2 顶板含水层富水性主控因素专题图的构建
3.2.1 含水层富水性影响因素
3.2.2 富水性评价指标体系的构建
3.2.3 各主控因素专题图的建立
3.2.4 数据归一化
3.2.5 单因素归一化专题图
3.3 基于变权理论的煤层顶板含水层富水性分区评价
3.3.1 富水性分区状态变权函数
3.3.2 变权区间及模型参数的确定
3.3.3 层次分析法确定富水性主控因素常权权重
3.3.4 基于变权模型的含水层富水性分区评价
3.3.5 变权模型与常权模型富水性评价结果对比分析
3.4 煤层顶板冒裂风险分区评价
3.4.1 煤层顶板岩性特征及稳定性分析
3.4.2 煤层顶板导水裂隙带高度计算
3.4.3 煤层顶板冒裂风险分区评价
3.5 基于“三图法”的煤层顶板突水风险综合评价
3.6 本章小结
第四章 煤层开采过程中矿井涌水量模拟预测
4.1 矿井涌水量数值模拟基本理论
4.1.1 达西定律和地下水运动连续性方程
4.1.2 地下水运动微分方程和定解条件
4.2 水文地质概念模型的建立
4.2.1 数学模型
4.2.2 模拟范围及边界条件的概化
4.2.3 含水层结构概化
4.2.4 水文地质参数选取
4.2.5 源汇项概化
4.3 地下水流场数值模拟与验证
4.3.1 三维地质实体模型建立
4.3.2 地下水流场模拟
4.3.3 地下水流场校验
4.3.4 参数识别
4.4 矿井涌水量模拟预测
4.4.1 疏降方案
4.4.2 单井涌水量动态模拟预测
4.4.3 群井开采涌水量模拟预测
4.4.4 大井法计算涌水量
4.4.5 预测结果对比分析
4.5 本章小结
第五章 矿区开采对区域水资源影响效应分析
5.1 矿区开采对地表水量影响分析
5.1.1 群采对地表水量影响分析
5.1.2 设置禁采区后群采对地表水影响分析
5.2 开采对矿区水质影响分析
5.2.1 模糊数学水质评价法
5.2.2 开采对地表水质影响分析
5.2.3 开采对地下水质影响分析
5.3 矿井防治水及区域水资源保护措施研究
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 不足与展望
参考文献
致谢
硕士期间参与的科研项目
硕士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于博弈论变权TOPSIS模型的煤层底板突水风险评价[J]. 杨晟,贾超,张丰,袁涵,陈阳,张建配. 中国矿业. 2019(S1)
[2]基于GIS的AHP型常权模型与分区变权模型的底板突水脆弱性评价[J]. 牛鹏堃,李哲,刘守强,曾一凡,宫厚健. 煤炭技术. 2018(08)
[3]中国煤矿水害综合防治技术与方法研究[J]. 崔芳鹏,武强,林元惠,赵苏启,曾一凡. 矿业科学学报. 2018(03)
[4]大西沟铁矿生态环境模糊综合评价研究[J]. 陈磊,王家鼎,谷天峰,于国强,王安国. 土壤通报. 2017(04)
[5]煤层底板突水危险性变权评价理论及其工程应用[J]. 李博,武强. 应用基础与工程科学学报. 2017(03)
[6]煤矿水害防治基础科学发展思考[J]. 尹尚先. 煤炭工程. 2016(S2)
[7]基于改进富水性指数法的灰岩含水层富水性评价[J]. 王洋,申建军. 煤炭工程. 2016(S2)
[8]“十三五”能源发展规划中降低煤炭消费将是重点之一[J]. 能源化工. 2016(05)
[9]煤层底板突水变权评价中变权区间及调权参数确定方法[J]. 武强,李博. 煤炭学报. 2016(09)
[10]陕北煤田生态潜水保护与矿井水害预防对策[J]. 夏玉成,杜荣军,孙学阳,杜少华. 煤炭科学技术. 2016(08)
博士论文
[1]煤矿充水含水层富水规律与分区评价及疏降水量动态预测[D]. 王洋.中国矿业大学(北京) 2017
[2]台格庙矿区顶板涌（突）水危险性评价与矿井涌水量预测[D]. 许珂.中国矿业大学(北京) 2016
[3]基于变权理论的煤层底板突水脆弱性评价[D]. 李博.中国矿业大学(北京) 2014
[4]义马煤业（集团）有限责任公司可持续发展战略研究[D]. 田富军.中国地质大学 2012
[5]平朔一号井工矿顶板水害评价方法与应用研究[D]. 徐连利.中国矿业大学（北京） 2010
[6]神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 伊茂森.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]神华宁煤集团公司某煤矿充水含水层富水性分区评价研究[D]. 赵佩哲.石家庄经济学院 2015
[2]基于流固耦合物理模拟技术的顶板突水机理研究[D]. 夏向学.华北科技学院 2015
[3]基于GIS的顶板水害条件分析及多源信息综合评价[D]. 罗斌.中国矿业大学 2014
[4]鸳鸯湖矿区矿井涌水量预测方法研究[D]. 朱宏军.煤炭科学研究总院 2014
[5]梅江隧道穿越工程水文地质特征及涌水量预测分析[D]. 魏祥江.山东大学 2013
[6]三都隧道施工涌水量的动态预测研究[D]. 金圣杰.成都理工大学 2012
[7]云南会泽铅锌矿深部矿坑涌水量预测[D]. 周沛洁.昆明理工大学 2011
[8]动态聚类法研究[D]. 徐艺萍.西南大学 2006
本文编号：3635660
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