基于矿山开采的地下水疏放优化管理模型研究——以潘北矿为例

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煤炭是我国的主要能源,其开采过程中需进行疏水降压,导致地下水位持续下降,对地下水资源乃至生态环境系统造成了严重的破坏。如何在开展疏水降压过程中,既能保证煤矿安全生产,又能保护地下水资源,这对矿山实现可持续发展具有重要的现实意义。  本文通过查阅国内外相关文献,以安徽淮南潘北煤矿西翼为研究对象,综合分析了淮南矿区和潘北煤矿地质、水文地质条件,并重点分析了潘北井田西翼A组煤层底板水文地质条件,进而对其下部C3Ⅰ组灰岩含水层水文地质条件进行了合理地概化,建立了相应的水文地质概念模型及其三维数学模型,通过地下水数值模拟,获得了研究区不同区块的水文地质参数。  为进一步解决未来井田西翼A组煤层的安全开采问题,以疏放量最小为目标,以满足安全开采水位、单孔疏放量以及矿井最大排水能力等为约束条件,基于上述模拟模型,确定了单位脉冲响应函数,建立了井田西翼C3Ⅰ组灰岩地下水疏放优化管理模型。结合含水层疏放与煤层底板注浆加固等灰岩水害防治措施,设计了四种灰岩地下水疏放优化管理方案,并针对不同的的优化管理模型,采用单纯形法,经编程计算,获得了对应的最优疏放量和不同疏放孔的水量分配值。  优化计算结果表明:在未来五年管理期内,继续向西布置新钻孔或者对A组煤层底板C31与C32层灰岩进行注浆改造或二者相结合,均能实现A组煤层的安全开采。但从保护地下水资源出发,对煤层底板薄层灰岩进行注浆改造且同时向西合理增加放水钻孔并分配疏放量,是其最为有效的措施。
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