【摘 要】
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榆神矿区是我国重要的煤炭生产基地,煤炭资源丰富。为保证经济的持续发展以及不断走高的市场需求,近年来煤炭资源被大规模的开发利用。然而,榆神矿区所处区域属于干旱半干旱气候,自然条件较差,煤炭开采对地层结构、地下水资源、生态环境造成了不同程度的破坏。榆神矿区中的部分生产矿井已经出现诸多环境地质问题,例如地下水位急剧下降,泉水断流,地面沉降等。河兴梁煤矿隶属于榆神矿区二期规划区,目前处于规划阶段,未来开采
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榆神矿区是我国重要的煤炭生产基地,煤炭资源丰富。为保证经济的持续发展以及不断走高的市场需求,近年来煤炭资源被大规模的开发利用。然而,榆神矿区所处区域属于干旱半干旱气候,自然条件较差,煤炭开采对地层结构、地下水资源、生态环境造成了不同程度的破坏。榆神矿区中的部分生产矿井已经出现诸多环境地质问题,例如地下水位急剧下降,泉水断流,地面沉降等。河兴梁煤矿隶属于榆神矿区二期规划区,目前处于规划阶段,未来开采面临着生态环境保护和安全生产两大难题。由于其位于毛乌素沙漠边缘,降雨量稀少,蒸发作用较强,水资源贫乏,大规模划的煤炭开采极易打破地下水均衡从而造成地下水资源的流失。此外,区内烧变岩含水层具有强富水性,若导水裂隙带导通上覆烧变岩含水层则矿井的安全生产将无法保证。因此,研究煤层上覆岩层不同程度破坏条件下煤层开采对地下水资源的影响,以期为该矿井水资源保护以及煤炭开发规划提供参考方案,对减少地下水资源的破坏以及保证煤炭经济生产具有重要意义。本次研究在资料收集整理以及野外现场调查的基础上,根据研究区实际地质资料、水文地质条件、气象资料等,结合河兴梁煤矿采掘规划方案,搭建三维水文地质地下水流数值模型,预测垮落开采以及充填后不同等价采高条件下采煤对地下水位以及地下水资源的影响,论文主要研究工作以及成果如下:（1）确定了研究区内煤矿采用保水采煤的必要性,计算煤层垮落法开采所产生的导水裂隙,得到:相邻水文地质条件相似煤矿由于未进行保水采煤,导致地下水位急剧下降,矿井涌水量持续增大。河兴梁煤矿3-1煤层开采将导致区内大部分区域导裂带发育至烧变岩含水层,局部发育至松散层潜水含水层,4-3煤层开采引起的导水裂隙带不会波及上覆煤层,因此3-1煤层开采有必要选择充填开采。（2）通过数值模拟法模拟煤层垮落开采条件下地下水位以及地下水资源的变化情况。计算结果表明,在132盘区过程中,地下水位最大降幅已经超过40m,矿井涌水量超过10000m~3/d,随着开采过程的推进,地下水位降至3-1煤层底板,降深影响范围仍会向外扩张。由于区内地下水埋深较大,采煤所消耗的储存量释放量以承压水为主,在131以及132盘区开采期末烧变岩含水层储存量释放量占比较大,分别为52.07%以及48.09%。（3）根据理论计算结果,确定充填开采后的等价采高的范围为0.7m-0.4m。在此基础上,分别模拟了不同等价采高条件下煤层开采对地下水影响,预测充填后地下水位以及地下水资源的变化。综合考虑经济成本以及水资源保护,确定3-1煤层等价采高为0.5m为最优方案。（4）根据数值模拟结果,充填开采后,当等价采高为0.5m时,在131盘区开采期末,区内地下水位最大降幅为0.68m,矿坑涌水量为2938.84m~3/d,地下水储存量释放量为2679.25m~3/d,其中,烧变岩含水层储存量释放量所占的比例为24.22%;在132盘区开采期末,区内地下水位最大降幅为2.32m,矿坑涌水量为3975.44m~3/d,地下水储存量释放量为1883.33m~3/d,其中,烧变岩含水层储存量释放量所占的比例为35.07%;在241盘区开采期末,区内地下水位最大降幅为3.29m,矿坑涌水量为6255.19m~3/d,地下水储存量释放量为3338.09m~3/d,其中,烧变岩含水层储存量释放量所占的比例为25.27%。与垮落法开采进行对比可知,在该等价采高下很好的减少煤层开采对地下水资源的破坏,说明充填开采对保护地下水资源具有较好的效果。
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