基于Open CASCADE和普通克里金插值的透明矿井水文地质建模软件开发

将三维开源几何内核Open CASCADE和基于地质统计学的普通克里金(Ordinary Kriging)插值算法从底层相结合,设计了在CAD几何操作核心之上加入地质统计学插值算法的三维水文地质建模软件开发架构。利用Open CASCADE的三维图形渲染、可视化交互、编辑等功能和普通克里金的地质统计学插值功能,以Visual Studio为开发工具,以C++和Python为开发语言,SQLite作为地质数据库设计并开发了Hydrogeo3D矿井水文地质建模软件,从而实现了建模过程局部细节可编辑的功能。     

采动扰动下充水断层安全与临界距离的流-固耦合分析

 应用Comsol有限元多物理场耦合软件,动态剖分模型采掘空间,以函数形式自定义流固耦合参数,模拟计算了巷道采掘扰动,充水断层水压力影响下围岩应力及变形的变化情况.算例显示:采掘扰动过程中,在充水断层与岩体的水压影响下,巷道距断层大于205m时,断层与煤层接触面应力和位移量基本为原始状态,距断层小于105m时,接触面压应力和向下位移量急剧增加,应力变化梯度明显增大,存在断层突水的可能.     

高承压型矿井奥灰含水层数值模拟研究

基于数值模拟技术,以峰峰煤田九龙井田煤系地层基底下伏奥陶系灰岩岩溶强含水层放水试验成果为基础,采用三维地下水模拟软件Visual MODFLOW建立井田奥灰地下水系统的三维数值模型。经过模型的校正分析,系统认识了矿井水文地质条件;通过参数灵敏度分析,反演得出合理的含水层水文地质参数。     

矿区岩溶裂隙岩体帷幕截流注浆参数确定研究

为使用帷幕注浆手段治理某矿区岩溶裂隙发育地层水害,采用室内试验对不同水灰比水泥浆液性能进行试验研究,得到不同水灰比水泥浆液性能及变化规律;并利用理论分析和数值计算对帷幕注浆压力和水泥浆液扩散半径进行了研究计算;结合帷幕墙体建设区域水文地质条件,综合确定了帷幕墙体建造尺寸、钻孔间距、注浆压力及水泥浆液选取工艺,为帷幕注浆治理工程设计提供了科学依据。最后,利用帷幕墙体内外放水试验检验了帷幕注浆墙体的截流效果,截流效果达到设计目的和要求,因此也验证了帷幕注浆参数选择的合理性。研究结果表明:水泥浆液黏度、结石率和结石体强度随水固的增大而降低,凝结时间随着水灰比的增大而增大,变化速率随水灰比的增大而降低;帷幕墙体厚度为40 m、钻孔间距为20 m和注浆终孔压力为4～6 MPa;利用放水试验对比帷幕墙体内外水位变化历时曲线是帷幕注浆效果检验的最直接手段。     

榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

为研究干旱矿区地下水位下降和气侯变化对典型植被耗水的联合,选择榆神矿区优势植被沙柳为研究对象,以干旱指数表征气候变化,在野外调查、室内测试及原位试验的基础上,采用有限元算法分析不同地下水位埋深和干旱指数组合条件下的植被耗水特征。研究结果表明:植被生长受干旱指数和地下水位埋深的双重影响,当地下水埋深为1.0～2.0 m处,植被耗水主要受地下水控制;地下位水埋深为2.0～2.5 m时,植被耗水受地下水和干旱指数的双重影响;地下水位埋深大于2.5 m时,植被耗水主要受干旱指数影响;单指数模型可以很好的拟合地下水埋深和植被实际蒸腾量(T_a)与潜在蒸腾量(T_p)比值(T_a/T_p)的关系曲线,其相关系数高达0.99,利用单指数模型和T_a/T_p的比值可以反求出枯水年、平水年和丰水年条件下的植被生态临界地下水位,不同水文年的植被生态临界水位有差异性,认为当地下水位埋深大于1.24 m(平均),植被生长受到水分胁迫,当地下水位埋深大于2.06 m(平均),植被出现退化现象;同时,采煤引起地下水位下降对植被生态的影响是有限的,只有当采前地下水位埋深为1.0～2.5 m时,地下水位下降才会引发植被生态退化;当采前地下水位埋深大于2.5 m时,采煤引起地下水位下降基本对沙柳的生长不产生影响,此时植被生态退化主要受气候变化影响。目前,榆神矿区采前地下水位埋深普遍大于2.5 m,影响矿区生态环境的主要控制因素是气候变化(降水量),考虑到近年来榆神矿区降水量有增大趋势,因此出现"虽然地下水位明显下降,但是生态环境局部转好"的现象。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

西部干旱矿区采煤引起潜水损失量的定量评价方法

针对西部干旱矿区煤炭资源开发对地下水扰动的相关研究定量化程度不高问题,通过地下水动力学分析方法,得出采掘扰动形成的覆岩垮落带、裂隙带、弯曲带及地面沉陷区的空间尺度是控制地下水损失的主要因素,其扰动面积越大、冒裂带高度越高、弯曲带保护层渗透能力越强则地下水渗漏量越大;提出了覆岩导水裂缝边界化,弯曲带渗透能力分区,地面沉陷区重新剖分的采掘扰动影响下地下水系统数值评价模型的构建方法;并通过构建案例矿井的评价模型,计算得出神东矿区补连塔煤矿由于煤矿开采引起松散层潜水损失量为1.90×10~4m~3/d。     

蒙陕接壤区侏罗系煤田深部煤层开采失水风险评价

以黄河流域中上游台格庙矿区为研究对象，分析含（隔）水层空间结构与导水断裂带发育高度关系，挖掘研究区内影响含水层失水的主控因素；引入残余基岩有效隔水层厚度指标，构建浅层白垩系含水层失水风险评价体系；基于层次分析-熵权综合判别法，计算各主控因素权重，建立深部煤层开采对浅水含水层扰动的定量评价模型；通过对不同权重的控制因素图叠加，得到了深部煤层开采失水风险分区图，利用周边矿井实测涌水量验证了分区结果。结果表明：含水层厚度、水压、单位涌水量、开采影响下残余隔水保护层厚度是主采煤层上覆含水层失水影响的主控因素，矿区内西北角和东北角富水性较好、残余隔水层基岩厚度较薄，导致该区域存在一定失水风险，研究结果与现场实际情况基本吻合。