正明煤礦開(kāi)采對(duì)巖溶地下水環(huán)境影響數(shù)值模擬研究.pdf

1、山西的煤炭資源為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速、可持續(xù)增長(zhǎng)做出了重要貢獻(xiàn)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)將繼續(xù)保持以煤為燃料的總體格局。煤炭開(kāi)采活動(dòng)的加劇一方面推動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，另一方面也給山西的地下水環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重破壞。山西的可采煤層主要賦存于石炭系上統(tǒng)太原組及二疊系下統(tǒng)山西組，地層中煤水互存，煤層開(kāi)采后形成的冒落裂隙帶不可避免的造成太原組、山西組上覆含水層的破壞。煤系地層下伏的奧陶系碳酸鹽巖地層，如果采取合理的開(kāi)采方式和嚴(yán)格的管理措施

2、，將可以避免巖溶含水層遭到大規(guī)模的破壞，而煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巖溶地下水帶壓區(qū)底板突水是對(duì)巖溶含水層最大的威脅，因此如何保護(hù)奧陶系巖溶含水層是擺在我們面前尤為嚴(yán)峻的問(wèn)題。本文以山西汾西瑞泰井礦正明煤礦為研究背景，該礦位于娘子關(guān)泉域徑流帶，存在帶壓開(kāi)采的情況，研究其開(kāi)采過(guò)程對(duì)巖溶地下水環(huán)境的影響具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 正明煤礦位于左權(quán)縣境內(nèi)，面積5.1558km2，開(kāi)采2、3、4、8、11、15號(hào)煤。各可采煤層底板標(biāo)高在井田中

3、、西部均低于奧灰?guī)r溶水位標(biāo)高，開(kāi)采時(shí)將受到奧灰?guī)r溶水不同程度的威脅，屬于帶壓開(kāi)采。通過(guò)突水系數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)2、3、4、8、11號(hào)煤層低于有構(gòu)造破壞地段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m，煤層開(kāi)采一般不會(huì)對(duì)奧陶系巖溶水產(chǎn)生影響。因此著重考慮15號(hào)煤層帶壓開(kāi)采對(duì)巖溶水的影響，15號(hào)煤層根據(jù)帶壓情況可劃分為四個(gè)部分，即不帶壓區(qū)、突水系數(shù)0-0.06MPa/m、0.06-0.1MPa/m、0.1-0.138MPa/m區(qū)，本文主要考慮0.06-0.1MP

4、a/m區(qū)域采取預(yù)先疏水降壓措施對(duì)巖溶地下水環(huán)境的造成影響。
　　 通過(guò)對(duì)研究區(qū)水文地質(zhì)條件的實(shí)地調(diào)查、試驗(yàn)，分析研究地下水的動(dòng)態(tài)特征，概化了巖溶含水層介質(zhì)系統(tǒng)，建立了正明煤礦巖溶地下水非均質(zhì)各向異性三維非穩(wěn)定流概念模型。首先應(yīng)用“大井法”求出了將0.06-0.1MPa/m地段突水系數(shù)降低到0.06MPa/m時(shí)需要疏放的水量，然后應(yīng)用Visual Modflow軟件預(yù)測(cè)了疏水降壓開(kāi)采1a和2.7a后巖溶地下水水位的變化規(guī)律，為研究

5、區(qū)巖溶水的合理開(kāi)發(fā)利用提供了科學(xué)的論證并從中得到以下結(jié)論:
　　 1.井田中部突水系數(shù)介于0.06-0.1 MPa/m之間的地段面積約1.1km2，開(kāi)采年限約1.7a，本區(qū)分布有F1、F2斷裂，突水的危險(xiǎn)性較大，本次模擬主要是針對(duì)該地段。該區(qū)巖溶水水位原本為830-845m，將突水系數(shù)降到0.06MPa/m時(shí)，水位至少降低到790-845m，因此布置了2口降壓水井(J1、J2)，在開(kāi)采前1a將突水系數(shù)降低至0.06MPa/m，每

6、口降壓井的疏水量經(jīng)計(jì)算為82.8m3/h。
　　 2.通過(guò)VISUAL MODFLOW軟件建立了地下水流場(chǎng)數(shù)值模型，并對(duì)模型進(jìn)行了識(shí)別和檢驗(yàn)，比較準(zhǔn)確的擬合了地下水環(huán)境，預(yù)測(cè)了煤礦疏水降壓開(kāi)采1a和2.7a后對(duì)巖溶水水位的影響。
　　 3.1a后形成以J1、J2為中心的降水漏斗，漏斗中心的水位降深約為40m，往上、下游水位降深逐漸變小，上游的最大影響距離約0.9km，下游的最大影響距離約1.9km，漏斗左側(cè)的最大影響距離