基于GMS的巍山煤矿煤系上伏含水层地下水数值模拟

应用地下水数值模拟软件GMS中的Modflow模块,建立三维地下水数值模型,模拟煤矿开采后地下水流场的变化。模型经过反复调参、识别、验证后,对煤矿开采后地下水流场的变化趋势进行了预测。预测结果表明,随着采煤范围扩大,矿坑排水量增加,15#煤层上伏含水层水位受到影响,开采11.7 a后,漏斗中心水位最大下降为68 m,影响范围11.7 km2。     

基于Visual Modflow的露天开采区地下涌水量模拟预测

露天开采过程将对地下水循环系统造成影响,目前这方面的定量研究却较少报告。结合四川某铁矿露天开采区水文地质条件,采用Visual Modflow 建立矿区地下水水流模型,分别预测开采至不同标高处的地下水流场变化、地下水涌水量及降落漏斗影响面积。预测结果表明,在露天矿坑周围局部地区地下水流指向开采区域,随着开采年限增长,地下水降落漏斗影响面积从0.54 km²增至1.55 km²,涌水量为3 220~4 565 m³/d,并揭示出地下水涌水量随季节的变化趋势。通过模型预测的定量评价,为矿山疏干采矿及设计防治水方案提供了一定科学依据。     

“天窗区”浅层地下水安全开采研究

针对榆神府矿区某煤矿煤层开采遇"天窗区"导通浅层地下水,改变局部水文地质条件,影响煤矿安全开采的情况,通过Visual Modflow软件建立三维地下水非稳定流数值模型,预测浅层地下水通过"天窗区"对煤层开采涌水量的影响值。研究结果表明:第四系浅层含水层对2煤开采的矿井涌水量中补充的水量为3456.5 m³/d,其中通过"天窗区"对2煤开采的矿井涌水量中补充的水量为2768.8 m³/d;第四系含水层受"天窗区"影响较小,"天窗区"外的第四系含水层对煤层开采影响较小。研究结果为煤矿进行保水安全开采方案提供依据。     

煤层开采厚度变化对上覆松散含水层影响研究

为确保煤矿区地下水资源的可持续利用,采用数值模拟方法研究煤层开采厚度变化对上覆松散含水层的影响。结果表明:对于新近系含水层,在采厚小于6m时,含水层未被疏干,在采厚为6,8,10和12m时,含水层均被疏干,疏干时间分别为300,270,150和120d;对于第四系含水层,在采厚小于10m时,含水层未被疏干,在采厚为10,12m时,含水层均被疏干,疏干时间分别为90,60d。研究成果为煤矿区松散含水层地下水资源保护提供依据。     

郑州市2005—2020年地下水埋深变化分析

分析郑州市浅层地下水埋深统测数据、长观孔数据以及历年降落漏斗面积变化数据,利用ArcGIS空间插值、衬度系数分析、描述性统计分析以及ARIMA模型,研究郑州市浅层地下水埋深空间分布特征和时间变化特征。分析结果表明,空间上,研究区浅层地下水埋深分区呈带状分布,水位埋深由西南向东北方向逐渐减小,其中10~20 m水位埋深区所占面积最大;时间上,年内,研究区埋深分布特征大致相同,各埋深分区面积有所变化;年际间,2014—2019年,年平均埋深下降2.87 m,下降速率0.5 m/a。2014年以前降落漏斗逐年增大,2014年以后,由于南水北调水入郑,供水结构发生改变,降落漏斗逐年减小。研究区地下水动态类型主要有开采型和开采—气象型,影响因素主要有降雨入渗补给、越流排泄和人工开采。最后基于DPS数据分析平台,利用ARIMA模型建立了数值模型,对2021年12个月的埋深进行了预测。     

煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件,针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题,以榆神矿区某井田为例,通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型,系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟、数值模拟、现场实测等手段,综合分析煤层覆岩岩性组合结构、煤层与关键层间距、煤层厚度、煤层埋深、工作面长度等因素,利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式,采用地下水数值分析方法,模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化,分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征。研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育,其赋存受基岩面形态控制,生态潜水水位受地形、含水层厚度、地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失,形成"天窗"导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬、硬-硬-软2种组合类型为主,覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果,提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍,该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现,煤层开采后,在研究区东南部保德组红土缺失区将造成生态潜水漏失与水位下降,最大降深可达10 m。为保护生态潜水资源,建议开采研究区东南部"天窗"部位的煤层时,必须采取相应的保水采煤技术。     

烧变岩区露天煤矿保水开采效果模拟分析

煤矿露天开采会对邻近的烧变岩含水层产生强烈的扰动;以陕北某露天矿区为研究区,利用数值模型,模拟了不预留保水煤柱以及预留20、50、100 m煤柱条件下,研究区地下水流场和涌水量变化情况,评估了保水开采效果;进一步分析了开采过程中发生突涌水时,注浆帷幕的阻水效果。结果表明：煤矿开采对地下水的扰动随保水煤柱宽度增加而减小,预留100 m煤柱能使烧变岩涌水量减少86%,最大降深减少13 m左右,影响范围减小60%左右;注浆帷幕可以有效封堵集中涌水点,封堵后涌水量减小了90%左右,观测孔水位恢复了4 m左右,流场形态逐步恢复。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

厚黄土覆盖区煤炭开采对松散含水层影响的 相似模拟研究

为了研究厚黄土覆盖区地下煤层开采对上覆松散含水层的影响机制,以常村煤矿为地质背景,根据相似原理,采用不同采深、不同采高的物理相似模拟试验方法,对煤层采动后的覆岩裂隙发育及上覆松散含水层水位下降速率进行观测记录并对比分析。研究结果表明:地下煤层开采对上覆松散含水层中的地下水的影响存在不同的影响机制,使得含水层受影响的程度不同。煤层顶板导水断裂带是否沟通松散含水层并不是松散含水层破坏、地下水水位下降的唯一条件,松散含水层隔水底板的变形破坏是造成松散含水层破坏的另一关键因素。     

采动渗流场分析方法

煤炭高强度开采中含水层保护是绿色安全开采的难点，采动局域渗流响应规律则是含水层保护方法与技术的认知基础。研究采用多场源耦合分析思路和有限的矿区水文观测数据，通过剖析开采行为与渗流场响应耦合关系，构建采动局域地下水系统和分析采动渗流场时-空演化规律及采动-渗流耦合累积效应，结合典型案例分析，形成适于矿区地下水保护的采动渗流场分析方法。结果表明：(1)分析提出基于“开采激励-覆岩应变-渗流场响应”耦合和开采动能量与渗流场势能量传递关系的采-渗耦合机制，构建了描述采动局域渗流场状态的采动渗流系统(MSS)和采动渗流场的导通区、扰动区和辐射区划分架构；(2)构建集导通区“柱状渗流模型”和扰动-辐射区“井-渗”态模型为一体的采动渗流场分析简化模型，提出采-渗耦合系数、采动渗流量、视导水系数、源-位距等采动渗流场描述参数，含水层损伤、安全开采风险等含水层保护分析参数；(3)揭示采-渗耦合系数是影响局域采动渗流响应特征的关键因子，发现硬岩类较软岩类覆岩耦合强度和影响范围大，低导水性较高导水性含水层的采动渗流场响应区域窄、频度高和累积影响距离近，采动渗流量和介质导水性等响应显现周期性、振幅波动性和涌流...     

马家滩矿区冯记沟煤矿含水层分析

冯记沟煤矿含水层划分为四层,第二含水层为导水层,第三含水层为矿区主要富水层.地下水主要来源于大气降水补给和砂岩空隙水,形成了以向斜轴部为漏斗区的地下水流场.     

贵州省兴荣煤矿水文地质条件分析及涌水量预测

矿井水害严重威胁煤矿安全生产,针对兴荣煤矿受水害影响严重的情况,在了解矿区水文地质条件的基础上,对矿区充水条件及充水因素进行分析,结果表明:影响兴荣煤矿安全开采的含水层系主要为煤层底板茅口组灰岩含水层,以及顶部P₃c+d裂隙含水岩组,矿井充水通道主要由采面、掘面扰动后形成的顶板裂隙发育、原生断裂裂隙发育和区域性封闭不良钻孔组成,这些充水通道受构造影响相对较大,矿井在未来开采至+1150m标高时,预计矿井正常涌水量为24.33m³/h,最大涌水量为43.80m³/h。     

西部浅埋矿区采煤对地下水系统扰动的数值模拟

针对西部浅埋矿区煤层开采对地下水扰动问题,通过分析浅埋煤层开采形成的导水断裂带直接揭露松散含水层扰动形式,提出了将覆岩导水断裂与含水层接触带处理成一类水头边界的数值方法,并通过构建神东矿区补连塔井田地下水扰动的计算机评价模型,模拟得出,由于采掘扰动使井田地下水水位下降30 m以上(至2012年),地下水资源损失量约为1.90×104m~3/d。     

Visual Modflow在煤矿开采地下水数值模拟中的应用

为了预测襄垣煤矿3号煤层开采对上覆含水层的影响,在分析襄垣煤矿所在区域水文地质情况的基础上,应用Visual Modflow软件,通过对计算域进行剖分,确定二类流量边界,采用迭代逼近法模拟预测了襄垣煤矿3号煤层开采对上覆含水层的影响。结果表明,煤矿开采12.6年后,漏斗中心的水位降深约为87 m,影响面积约为31.85 km2。     

小保当井田2-2煤潜水采动影响分区研究

针对小保当井田在未来开采过程中造成的地下水资源大量漏失的问题,以小保当井田开采的2^-2煤层为研究对象对潜水资源受煤层采动影响分区进行研究。采用富水指数法通过AHP-熵值法建立评价模型划定了萨拉乌苏组潜水含水层富水性分区,根据相邻煤矿导水裂隙带现场实测类比确定了井田2^-2煤层导水裂隙带发育高度及层位,采用信息融合理论方法综合松散潜水含水层富水性分区和2^-2煤层导水裂隙带发育层位划分小保当井田内潜水资源受采动影响分区,得出结论：井田未来开采2^-2煤层时对松散潜水含水层的采动影响较小,仅存在一般失水区,位于井田南部且范围较小。由于在研究过程中采用了相邻矿井的资料,因此对相邻矿井未来进行相关研究和煤炭开采有一定的指导意义。     

基于Visual MODFLOW的煤矿开采对地下水影响的数值模拟研究

为了研究该煤矿开采对研究区内地下水的影响,通过对研究区的水文地质条件的分析,构建了水文地质概念模型,并采用Visual MODFLOW软件就开采3煤层对地下水的影响进行了数值模拟研究。结果表明:3煤层开采后,潜水含水层的地下水位变化幅度较小,最大水位降深为6m;基岩裂隙含水层的地下水位降幅较大,最大水位降深为25m。     

望田煤矿开采对地下水影响的研究

根据望田煤矿的地质情况,计算煤层开采后形成的冒落带和裂缝带的高度以及煤矿开采排水导致地下水位降落漏斗分布范围,分析煤层开采对上部和下部含水层以及村民用水的影响,预测评估了2011-2015年采矿活动对地下含水层的影响。     

突水作用下地下水位降落漏斗演变过程分析

煤矿开采对地下水疏排必然产生区域性的地下水降落漏斗,大型突水和开采疏排点的转移将造成漏斗演变。针对突水和开采主要作用下的地下水位降落漏斗演变过程,采用地下水由高水位流向低水位的理论,以裴沟煤矿2011—2020年的突水、开采及水位变化资料为基础,研究局部地下水径流改变与主要因素的关系,发现发生大型底板突水后将破坏和改变原来的地下水径流方向,径流补给的波及范围由近及远,水位降深初始以垂向发展为主,之后横向扩展速率增大,地下水位降落漏斗经历形成—加剧—稳定—转移的演变过程,当补给和排泄达到相对稳定状态后,漏斗中心将随开采区域集中疏排点的改变而转移,演变成“一主多辅”的多中心漏斗形态。预测未来几年裴沟矿区和郑州矿区因区域疏排量减小将造成煤矿开采区水位逐步抬升和漏斗逐渐被填平,是突水点附近水害威胁严重区域合格规划开采时间和布置灾害治理工程较为重要的科学依据。     

鄂尔多斯盆地某矿区铀煤协同开采地下水影响研究

为探明鄂尔多斯盆地铀煤开采相互影响因素及影响程度,应用地下水数值模拟系统(GMS)建立了鄂尔多斯盆地某矿区铀煤叠置区地下水三维数值模型,开展了铀煤协同开采条件下的地下水流场数值模拟预测,分析了地下水水位变化情况。研究结果表明:煤矿开采将引起区域地下水水位明显下降,使得铀矿区承压水头降低,甚至使铀矿区含矿含水层由承压状态转为无压状态,进而破坏铀矿床的地浸开采条件;地下水水位是制约该区域铀煤协同开采的关键因素;水力帷幕措施有利于该区域的铀煤协同开采。     

浅埋采场地表裂缝-采动裂隙连通性评价及浅表水响应特征

西部矿区浅埋煤层开采引起地表裂缝和采动裂隙的大规模发育,二者的相互连通为浅表水体稳定及井下安全生产带来极大影响。研究以杨家村煤矿浅埋22上煤层水文地质条件为背景,通过综合实测、理论分析和反演建模等方法评估长壁工作面采动影响下的地表裂缝-采动裂隙连通性及浅表水文响应。结果表明,采高5 m、面长240 m情况下地表裂缝-采动裂隙未发生结构与水力连通,浅表含水层产生约0.77 m的水位下降;工作面长度增至300 m可使浅表含水层失稳,水位降深增大至1.33 m;水位降深与工作面长度呈正相关关系。