神东矿区水文地质模型构建及高强度开采对地下水影响研究

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我国作为世界上人均水资源匮乏的国家之一,特别是我国西北地区缺水情况尤为突出。针对神东矿区的煤炭资源极其丰富,与水资源短缺形成鲜明对比的情况。如果在煤炭高强度开采过程中对矿区内地下水的主要含水层没有准确和科学的认识,则可能造成突水和溃沙等现象,威胁矿区的安全生产和破坏地下水资源。本文主要分析了神东矿区在煤炭高强开采情况下对地下水资源的影响。根据矿区的前期的地质勘探和水文资料,结合实地勘察和钻孔水抽试验,利用surfer和Visual MODFLOW建立了精细化三维可视地质模型。根据未来五年的开采计划对模型进行定义,对研究区域内的主要含水层的水位和流向进行了模拟预测,分析其变化规律。并对主要含水层的补给、排泄来源进行了水均衡分析,模拟预测了2021-2025五年的涌水量,为安全开采和水资源科学利用提供了一定的依据。主要成果有:(1)对神东矿区的地质进行了精细化划分,将地层概化为3个含水层和3个隔水层,利用surfer的克里金插值法对未知采样点进行最优计算,建立了精细化三维可视化地质模型。先后根据2019年的实测水位数据、2020年的实测水位数据和现场抽水试验计算数据对模型进行两次校验和验证,91.67%的水位观测孔实测水位与模拟水位的误差在10%以内,表明建立的模型具有较高精确度和准确性。并根据2021-2025的高强度开采计划,在模型中对以开采的工作面进行渗透系数调整。(2)研究了神东矿区2021-2025年地下水水位和流向变化。结果表明,在神东矿区2021-2025年的高强度开采过程,第四系松散含水层的地下水位和流向整体无明显变化;白垩系下统志丹群含水层水位下降变化较小,只有局部水位下降了10 m左右,流向仅在水位漏斗处发生了变化,但变化区域较小;侏罗系下统延安组含水层出现了明显的水位降落漏斗,与初始水位相比水位下降了60-110 m,流向改变很大,水位降深漏斗周围大约2000m的区域流向改变,都向水位降深漏斗中心流。说明高强度开采对第四系松散含水层的影响很小,对白垩系下统志丹群含水层的影响较小,对侏罗系下统延安组含水层影响最大。(3)研究了神东矿区2021-2025年地下水的水均衡。分析可知,大气降水为地下水的主要补给,河流排泄为主要排泄项。第四系松散含水层的主要补给为大气降水,主要排泄项为河流排泄;白垩系下统志丹群含水层主要补给来源是第一含水层的补给,主要排泄项是向第一含水层排泄量。侏罗系下统延安组裂隙承压含水层的主要补给来源是来自第一含水层的补给,主要排泄项是矿井排水。(4)模拟预测了神东矿区2021-2025年的涌水量。通过数值模型预测结果和大井法计算结果比较,表明数值模型能精确的模拟计算数地质条件复杂高强度开采的矿区的涌水量,而大井法更适用地质情况简单的中低强度开采矿区的涌水量计算。通过数值模拟成功预测了2021-2025五年内神东矿区的涌水量。该论文有图38幅,表12个,参考文献61篇。
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