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朝川矿深部矿井涌水量数值模拟与预测

作　者: 刘永林
导　师: 潘国营
学　校: 河南理工大学
专　业: 地质资源与地质工程
关键词: 矿井涌水量 水文地质条件 灰色理论 Visual Modflow 数值模型 朝川矿
分类号: TD742
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


朝川矿主要开采己组煤,煤层底板分布有石炭系薄层灰岩和寒武系灰岩,岩溶裂隙发育,富含岩溶承压水,采煤过程中时常发生突水事故。现采煤已延伸至-250水平,随着开采深度的增加,煤矿突水的危险性越来越大。为保证矿井的正常开采,需模拟再现深部岩溶水的渗流场特征,以预测未来正常采煤条件下的水位动态和涌水量。本文在综合分析了朝川矿区的地质及水文地质条件的基础上,总结了区内岩溶发育状况,讨论了矿区岩溶在垂向上的发育规律,建立了朝川矿区水文地质概念模型。采用目前国际上通用的模拟软件Visual Modflow,以2004年1月至2007年12月连续4年的水位观测和矿井排水量等数据建立了深部岩溶水渗流数值模拟模型。经过模型验证和参数识别,建立的数值模拟模型符合实际水文地质条件,且稳定可靠。应用灰色系统理论确立了矿井涌水量与降水量之间有较好的关联度,据此建立数学模型进行了预测,并与三维数学模型结果做了对比。预测结果表明:(1)深部岩溶含水层水文地质条件空间不均匀性更加强烈,大致以朝川一井主副斜井为界,以西岩溶含水层渗透性和导水性强,以东含水层渗透性和导水性很差。(2)朝川矿以现有开采条件下年平均正常涌水量为1152.36m3/h,最大涌水量为1843.776m3/h,为矿井在未来的矿山设计排水设备和制定防治水措施提供了科学的依据。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 选题依据与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-17
    1.2.1 北方岩溶现状  11-13
    1.2.2 数值计算国内外研究现状  13-16
    1.2.3 灰理论研究现状  16-17
  1.3 研究内容与技术路线  17-20
2 自然地理与地质概况  20-26
  2.1 地理位置  20
  2.2 气象与水文  20-21
    2.2.1 气象  20-21
    2.2.2 水文  21
  2.3 地形、地貌  21
  2.4 地层与构造  21-26
    2.4.1 地层  21-23
    2.4.2 构造  23-26
3 矿区水文地质条件  26-42
  3.1 含水层与隔水层  26-28
    3.1.1 含水层  26-27
    3.1.2 隔水层  27-28
  3.2 水化学特征  28-32
    3.2.1 数理统计分析  28-31
    3.2.2 Piper 三线图分析  31-32
  3.3 岩溶水的补给、径流和排泄  32-38
    3.3.1 岩溶水的补给  32-35
    3.3.2 岩溶水的径流  35-38
    3.3.3 岩溶水的排泄  38
  3.4 岩溶水动态与均衡  38-42
    3.4.1 岩溶水的动态  38-41
    3.4.2 岩溶水均衡  41-42
4 基于灰色理论的矿井涌水量预测  42-54
  4.1 灰色理论的基本概念  42-45
    4.1.1 灰色理论概述  42-43
    4.1.2 序列算子  43
    4.1.3 序列光滑条件  43-44
    4.1.4 灰指数规律定义  44-45
  4.2 灰色建模理论  45-47
    4.2.1 GM (1，1)模型  45-46
    4.2.2 GM(1，1)模型的使用范围  46-47
    4.2.3 数据预处理  47
    4.2.4 GM(1，1)模型精度检验  47
  4.3 灰色关联度分析  47-50
  4.4 涌水量预测 GM(1，1)模型的建立与预测  50-54
    4.4.1 涌水量数据预处理  50-51
    4.4.2 涌水量预测模型建立  51-52
    4.4.3 预测模型精度检验  52-54
5 三维渗流数值模拟与预测  54-72
  5.1 VISUAL MODFLOW 简介  54-56
  5.2 水文地质条件概化  56-57
    5.2.1 含水层组结构特征  56-57
    5.2.2 含水岩组的富水性与径流特征  57
  5.3 数学模型  57-58
  5.4 渗流模拟模型的建立  58-61
    5.4.1 计算范围与边界的处理  58
    5.4.2 模拟区剖分  58-59
    5.4.3 水文地质参数的设置  59-60
    5.4.4 补给与排泄项的处理  60-61
  5.5 模型建立、识别与验证  61-65
    5.5.1 模型建立  61
    5.5.2 模型识别与验证  61-65
  5.6 不同方案下岩溶水模拟预测  65-69
    5.6.1 预测定解条件的选定  65-66
    5.6.2 预测方案的选定  66
    5.6.3 预测结果与分析  66-69
  5.7 两模型的对比分析  69-72
6 结论与建议  72-74
  6.1 主要结论  72-73
  6.2 建议  73-74
参考文献  74-80
作者简历  80-82
学位论文数据集  82

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿山排水与堵水 > 矿井涌水量
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