feflow在矿井涌水量预测模拟中的应用

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1、Feflow在矿井涌水量预测模拟中的应用李士锦段晓平李晖徐州矿务集团有限公司救护大队华能江阴燃机热电有限责任公司摘要：通过分析Feflow软件在调参、求解屮的便捷性特点以及成像效果，得出Feflow软件应用在矿井地下水预测中的优势。依据矿井水文地质条件，应用三维立体图显示地质模型的预测效果，模拟出与实际趋势相符合的地下水流场。在开滦煤田研究区的牛活用水以及农FH灌溉用水量未知的情况下，计算得岀涌水量，模拟结果对未来矿区涌水预测具有参考价值，在矿山防治水方面具有良好的推广前旦O关键词：Feflow软件;地下水;预测数值模拟;矿井水文地质条件;作者简介

2、：李士锦（1966-），男，高级工程师，毕业于中国矿业大学釆矿工程专业，现工作于徐州矿务集团有限公司救护大队。收稿日期：2017-07-19Received：2017-07-190引言准确预测矿井涌水量对于突水测预、防止淹井事故以及降低生产成本、提升安全保障水平具有指导意义。前人通过涌水量预测研究提出了类比、经验、渗流解析、数值模拟等预测方法，使其理论基础逐步完善，预测准确性稳步提高。近几年，随着计算机技术的快速发展，数值模拟方法得到了更为广泛的应用，预测准确性越来越高，深受广大学者的认可[1-2]o目前，国际上使用比较广泛的商业地下水模拟软件有V

3、isualMODFLOW、GMS、Feflow和M0DFL0W等，本文应用德国WASY公司的Feflow软件模拟预测矿井涌水量，探讨Feflow在地下水安全预测中的效果。1Feflow软件简介徳国WASY公司开发的基于有限元法的地下水数值模拟软件包Feflow,提供了世界一流的多孔介质水流模拟技术。其强大的参数处理功能、良好的数据接口，特别是模型数据与GIS软件的通用性，大大提高了建模的效率。Feflow软件的最大特点在于它的图像显示功能，可输岀的结果既包含流速、流线等欠量数据，也包含水位、水量等标量数据。通过对输出结果的显示方式做出大量的不同形式

4、、特点的组合，展示出了其他软件所无法比拟的视觉效果。Feflow是基于有限元法的数值模拟软件包。采用的基于有限元法的数值计算方法，求解过程经过了控制和优化;包括一些快速求解法:peg,biegstab,gmresegs以及orthomin法;适用性强的up-wind技术，如Shockcapturing等。2矿井涌水量预测2.1开滦煤田研究区概况2.1.1地形地貌开滦煤田研究区全区被第四纪冲积层所掩覆。地面标高北高南低，冲击层厚度22~34m,平均坡度1%。~2%。，地势平坦，矿区屮间有几个小土丘，但比高不大,所占面积也很小。地面有1条南北向的河流，

5、水量不大，甚至断流。矿区最高年降雨量在305.9~797.4mm之间。主要降水量集中分布在夏季7—8刀，井田雨水年蒸发量在666.9^175&0mni之间波动。在每年除7、8月份降水量大于蒸发量外，其它时期基本是蒸发量大于降水量。2.1.2含、隔水层开滦煤田研究区地下水是由第四系孔隙水、二叠系砂岩裂隙水以及奥灰水共通构成水力系统。由于在基岩含水层组的隐伏露头部位第四系底部黏土隔水层沉积很薄，局部地段甚至完全缺失，松散底卵含水层直接沉积在煤系基岩和奥灰岩溶含水层之上，形成了渗透或“越流”式的补给条件。而第四系底部卵砾石层孔隙水上部第三隔水层，由粘土和

6、亚粘土组成，厚度稳定，对上部上层含水层水下渗起到明显的阻滞作用，大大降低了此承压水力系统与地表水的联系。开滦煤田研究区主要含水层特征如表1所示。2.2开滦煤田研究区数值模型(1)含水层概化。由于各个含水层与隔水层之间有人为通道形成垂向水力交换,所以概化模型为空间三维流。地下水流系统的补径、排随时空变化较大，因此确定地下水流为非稳定流;将含水介质概化成齐向同性。开滦煤田研究区整体地下水流系统可概化成三维非均质、各向同性、非稳定地下水流系统。含水层r编号名称vn冲积层含水层组第0VI古冶组砂岩含水层组二叠;V5煤蜃顶板含水层组二叠系IV7煤层顶板含水层

7、组二叠系III12〜14煤层间含水层组石炭系II14煤层至奥灰间含水层组石灰系〕I奥陶系灰岩含水层组奥陶系鉴于矿井多年开采造成的复杂水力联系，各含水层数据难收集，故将矿井地下含水系统概化为4层主要含水层，即第四系潜水含水层、5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层、5~12煤层间砂岩裂隙承压含水层、12~14煤层间砂岩裂隙承压含水层。(1)边界概化。矿井北部部分边界和东北部以12、14煤砂岩含水层隐伏露头为边界，接受第四系含水层补给;西北部与吕家坨矿为邻;西边以12煤层-800m底板等高线为界;东南边界为断层边界；西南部边界为排水边界，概化为第二类零流量边界；

8、12煤层底板含水层地下水由四周向北部地下车场中央径流;东南断层边界为开滦煤田研究区东部地下分水岭，概化为近似隔水边界(第二