论文部分内容阅读
煤炭工业是山西的支柱产业。全省含煤面积6.2万平方千米,占国土面积的40.4%。由于历史的客观原因,山西煤炭工业在取得辉煌的同时也积累了许多问题。山西的可采煤层一般主要赋存于石炭系的太原组及二叠系的山西组,地层中煤水互存。煤矿开采过程中,煤系地层下伏的奥陶系地下水带压区底板突水会是对煤矿安全开采的最大威胁,通常的做法是留设保护煤柱,但此法既造成煤炭资源的浪费,煤矿安全隐患仍然存在。如果能够在充分利用岩溶水资源的同时进行开采降压,预先降低奥陶系岩溶水水压,使其突水系数达到安全范围之内,则是更为理想的办法。本文以龙泉煤矿为例,结合煤矿和周边供水需求,研究满足煤矿安全生产降压要求的岩溶水优化开采方案及其降压效果。龙泉井田(以下简称井田)位于山西省中部的娄烦县境内,行政区划属娄烦县龙泉乡管辖。井田南北宽5.747km,东西长8.635km,面积35.2379kmm2。主采4号煤层,该煤层距奥灰顶隔水底板平均厚约138m,东北部为全井田最薄处,厚约117m。随着煤层向北东倾伏,其隔水底板承受的水压也逐渐增加,突水系数加大,带压开采安全性逐渐降低。4号煤层根据带压情况可划分为两个部分,即突水系数0—0.06MPa/m区、0.06—0.1MPa/m区(危险区)。该区域发育有断层F12、F13、F14和陷落柱X3,为煤田带压危险区提供突水可能性,本文主要研究范围为井田范围内突水系数为0.06—0.1MPa/m区域。本文通过对研究区水文地质条件的实地调查、试验,分析研究地下水的动态特征,概化了岩溶含水层介质系统,建立了龙泉煤矿4号煤岩溶地下水三维非稳定流的概念模型。首先应用“大井法”求出将0.06—0.1MPa/m区段突水系数降到0.06MPa/m以下时需要疏放的水量,然后再应用Visual Modflow软件预测疏水降压开采5a后岩溶地下水水位的变化规律,从中得到以下结论：1.井田东北部突水系数介于0.06—0.1MPa/m之间的地段面积约7.5km2,开采年限约4a,该区岩溶水水位原本为11191123m,将突水系数降到0.06MPa/m时,水位至少降低到1040—1100m,因此布置了3口降压水井(CS1、CS2、CS3),降压井的疏水量经计算为3000m3/d。2.通过VISUAL MODFLOW软件建立了地下水流场数值模型,并对模型进行了识别和检验,比较准确的拟合了地下水环境,预测了煤矿疏水降压开采5a和9a后对岩溶水水位的影响。3.模型中5a后形成以CS1、CS2、CS3为中心的降水漏斗,漏斗中心的水位降深约为45m,往上、下游水位降深逐渐变小,上游的最大影响距离约1.5km,下游的最大影响距离约1.9kin,漏斗左侧的最大影响距离约1.6km,右侧的最大影响距离约2.4km,影响面积约为14.6km2。研究区域降压后突水系数为0.0376-0.0583MPa/m,低于临界突水系数0.06MPa/m。4.模型中9a后漏斗中心的水位降深约为61m,往上、下游水位降深逐渐变小,上游的最大影响距离约2.2km,下游的最大影响距离约2.4km,漏斗左侧的最大影响距离约2.0km,右侧的最大影响距离约3.1km,影响面积约为22.8km2。研究区域降压后突水系数为0.0221-0.0576MPa/m,低于临界突水系数0.06MPa/m。