呼吉尔特矿区大型煤矿开采对地下水水位影响的数值模拟研究.pdf

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1、·86·科技论坛呼吉尔特矿区大型煤矿开采对地下水水位影响的数值模拟研究吴亚安(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710054)摘要：本文利用地下水数值模拟软件VisualModflow，在详细研究煤矿周边水文地质条件的基础上，建立了研究区的地下水流动模型，并对煤矿开采影响地下水的典型时段进行了模拟研究，就其对地下水水位的影响进行了分析评价，为矿区的地下水评价提供参考。关键词：煤矿开采；地下水水位降；数值模拟煤炭的开采涌水量的疏干必然会对上覆含水层产生一定的影响，本文拟利用VisualMODFLOW量化呼吉尔特矿区大型煤矿开采对地下水水位影响。进而论证煤炭开采对地下水的影响是

2、否在环境的承受范围内。1井田概况第四系全新统风积砂层岩性为灰黄色、黄褐色中细砂、粉细砂，结构松散，地层厚度0～60m；白垩系下统志丹群岩性为各种粒级的砂岩、含砾粗粒砂岩夹砂质泥岩，地层厚度276．23～469．46m；侏罗系中统安定组岩性主要为灰紫、暗紫色泥岩，中夹灰绿色砂质泥岩、粉砂岩呈互层出现。地层厚度33．55～195．55m；侏罗系中统直罗组岩性为灰绿、青灰色中一粗砂岩，含碳屑，中夹粉砂岩、砂质泥岩，地层厚度62．32．213．08m。井田的主采煤层为2-：上煤，煤厚3．72～5．85m，平均4．7m，全区赋存，埋藏深度593～670m。2模拟区水文地质数值模型【1】根据

3、模拟区地层岩性、含水层空隙特征、埋藏条件及渗透性等，在垂向上将地层概化为五层：第一层为第四系子L隙潜水含水层；第二层为自垩系下统志丹群孔隙裂隙含水层；第三层为侏罗系中统安定组砂岩裂隙弱承压含水层；第四层为侏罗系中统直罗组砂岩裂隙承压含水层；第五层是侏罗系中下统延安组砂岩裂隙承压含水层嘲。2．1模拟区地下水流数学模型根据模拟区水文地质概念模型，确定模拟区为一个非均质、各向异性、三维非稳定流的地下水流系统，其数学模型表达式如下：未净爱t去p韵·未峰罢1+F=雎警＆y，：)∈Q，>oH(x,y五0)=Ho(r，y，z)b，只z)∈fl,t；o日@只z，f)Irl=日(工弘z)(工卫2)

4、∈rl，r>0罡筹n；啪，村、(Ⅵz)∈w>o式中：斗。为给水度；H为含水层水位(m)；K为含水层的渗透系数(m／d)；Q为模拟区；H。为初始水位(m)；H为一类边界线上已知水位(m)；r，为第一类边界；r：为第二类边界；n为第二类边界法线方向；q(x，y，z，t)为单宽流量(mVd)，当为零流量边界时q(x，Y，z，t)取0；W为源汇项。本文采用等间距有限差分的离散方法对模拟区含水介质自动剖分，网格单元行X列X层为114×149×5。2．1．I模拟期确定。根据矿井服务年限及开发时序，确定预测划分为3个时段，分别预测矿井投产后第5年、22．2年(开采首采221盘区)、第41年(开

5、采222盘区及部分31l盘区)。2．1．2定解条件的处理。初始条件：模型初始流场采用2012年7月统测的地下水水位，孔隙裂隙含水岩组；砂岩裂隙含水岩组的初始流场。2．1．3源汇项处理。(1)降水入渗补给量。根据公式P=Po×＆计算降雨入渗补给量，P为降雨入渗补给量(mm)，Po为多年平均降雨量(mm)，取341．5ram；131．为降雨入渗系数，取0．35。将多年平均降水量按一定比例分配到各月，做为各月的多年月平均降水量，月降水量乘以降水人渗系数所得数值近似作为该月的入渗补给量。(2)潜水蒸发量。VisualModflow用蒸发子程序包(ET)来处理蒸发作用。多年平均蒸发量取25

6、34．2ram，极限蒸发深度取1．2rn。(3)人工开采量。评价区人工开采主要为生活用水、灌溉用水等分散取水，将收集到的居民分散取水和灌溉用水量除以评价区面积，以面状排泄量输入到模型中，输人时与大气降水补给量合并，人工开采量为350．14万nl，／a。(4)侧向流量。地下水流量边界处的侧向流量计算利用Q=KIHB计算，式中：K为流量边界处渗透系数(nYd)，I为水力坡度，H为潜水含水层的平均厚度(m)，B为流量边界的长度(m)。2．2采煤对地下水流失量的影响预测各预测时段采煤对孑L隙裂隙含水岩组水量的影响预测结果见表1。采煤时孔隙裂隙含水岩组的漏失增加量最大为132．58万m3／

7、a【31。表1采煤对孔隙含水岩组水量的影响2．3采煤对地下水水位的影响预测2．3．1开采至第5a时地下水水位变化。经模型预测，孔隙裂隙含水岩组因越流量的增加而引起最大水位降幅为1．Ore，水位降幅大于0．2m的区域面积约为21．31km2，影响范围超出井田边界最远距离为550m。2．3．2开采至第22．2a时地下水水位变化。经模型预测，井田开采至第22，2年时，孔隙裂隙含水岩组因越流量的增加而引起最大水位降幅为2．6m，水位降幅大于0．2m的区域面积约为76．05km2，影响范围