山西大佛寺旺源煤矿岩溶涌水量数值模拟研究

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1、山西大佛寺旺源煤矿岩溶涌水量数值模拟研究第一章绪论1.1选题依据随着工业的发展，我国对煤炭的需要与日俱增，但我国是煤炭埋藏都较深，需要井下开采，这也使采矿过程伴随着各类水害现象，矿井涌水就是比较常见的一种。精确地预测出符合实际情况的涌水量值是煤矿安全生产、避免各类井田突水、淹井等严重事故的前提和保障[1]。同时矿井涌水量也是煤矿确定其生产能力、制定合理的疏干降压系统措施的依据。此外，衡量矿床水文地质类型的复杂程度、评价矿床开发的各项条件时，矿井涌水量也是很重要的指标之一,尤其在富水性较大且水文地质

2、条件复杂的岩溶区域开采时，还会影响到整个投资经济规模和效益以及各项防水方案，一旦发生突水事故会造成严重的人员和经济损失。所以，研究煤矿在岩溶区域开采时的涌水量问题具有重要的现实意义。北方华北型煤田是我国最重要的煤炭工业基地，煤炭资源丰富，已探明的煤炭储量占全国总储量的60%以上，煤炭产量占全国产量的2/3[2]，但同时其也是奥灰承压充水含水层水害突水高发区。因此能否查清矿井的水文地质条件，采用合适的方法准确预测矿井的涌水量，是关系到人身财产安全和煤矿安全生产运行的关键所在。山西大佛寺煤矿井田处于洪

3、山泉域岩溶水系统，区域内水文地质条件复杂，断层构造发育，岩溶含水层富水性良好，且由于断层的切割作用，形成了统一的含水系统。现主要开采5#、9#、10#和11#煤层，煤层厚度大，间距较为稳定，开采煤层标高多位于奥灰水位值以下，突水系数较大，属于带压开采，此外，井田北部主要发育上西野正断层。该断层西南起自龙头村以南，东北至横坡村附近，走向北东，倾向北，倾角70°，最大落差约100m，横穿井田北部，断层上盘9、10+11#煤层与下盘奥陶系地层接触，断层上盘5#煤层距下盘奥陶系顶板约20m，存在奥

4、陶系岩溶水突水的危险。由此可见，大佛寺煤矿水文地质条件极为复杂，想要准确获得矿井涌水量的值比较困难，这使得煤矿在带压开采尤其是下组煤开采时，存在的极大的突水隐患，因此，能否建立符合实际的矿井涌水量模型准确预测该矿涌水量、提出合理的降压疏导方案是十分迫切的工作。..1.2国内外研究现状数理统计方法是采用统计学分析原理的一类涌水量预测方法,比如涌水量降深曲线方程法、相关分析法、水文地质比拟法、时间序列分析等。除此之外还有解析法、水均衡法、数值法等有确定性数学模型的另一类计算方法[3]。第一种方法则主要

5、受到实测资料获得数量和深度的影响,大多数情况只适合于地质和采矿工程条件具比较相似的矿井，而且对于无法矿井运行条件下的动态变化影响因素也缺乏考虑，,应用面比较窄。第二类方法影响因素较多，比如水文地质条件不清楚清,、水文地质概化不准确,、水文地质参数不可靠等等这些情况都会使最终结果出现大的偏差，使可信度降低[4]。数值模拟方法是近些年最常用的方法，它是指通过数值方法求解描述地下水各种状态的偏微分方程定解问题，有限差分法、有限单元法、边界元法和有限体积法等是最常采用的方法,其中有限差分法和有限单元法应用

6、居多,其他方法较少[5]。国外地下水的研究起步比较早，最早在20世纪30年代，TheisC.V.和C.I.Lubin对定流量抽水单井非稳定流的计算公式进行了研究，这一研究对地下水计算方面具有很大的影响[6]。此后，在40年代，Jacob对渗流运动进行了研究，首次建立了地下水渗流运动基本微分方程，同时也首次对贮水系数给出了明确的物理解释，非稳定解析法在这项研究的基础上得到了很大的影响。Hantush、Jacob(1955年)Carslaan首次引入地下水计算计算理论的，他还对如何确定承压水渗透系数做

7、了论述[13]；Fiering等人为了简化问题的复杂性，应用数值模拟计算法求解地下水流非线性偏微分方程[14-15]。Klute在研究非线性水流时采用迭代数值法，极大的简化了求解过程；AllenVolynskii等全面介绍了限差分法，尤其对数值模拟方法在基础水流方程的应用上做了充分研究[16-18]。Lonffenbaugh在研究水流的二维非线性偏微分方程时，应用高斯消元法求解其有限差分近似解；Meiri对地下水自由流动时的水力计算模型进行了研究[19]。第二章项目概况2.1项目位置与交通大佛寺旺

8、源煤矿井田在介休市连福镇北坡村，行政区划属介休市连福镇管辖，地理坐标为东经112°03′39″～112°06′06″，北纬37°01′14″～37°02′55″。2.2煤矿四邻关系山西介休大佛寺旺源煤业有限公司东北方向邻矿为义棠青云煤业有限公司，西北邻矿为鑫峪沟左则沟煤业有限公司，东南、南和西侧无矿。详见图2-2。..2.3项目经济概况2.3.1煤矿现状概