文档介绍：巍山煤矿开采对地下水影响的数值模拟研究
第一章绪论
中国属于采煤大国之一,煤炭产量为世界首位,在全国的一次性能源结构中的比例为 70%多[1-2]。全国百分之二十五的原煤产量来自我国的的重要能源化工基地山西省,全省的大部分区域地下埋藏着丰富的煤炭资源,占了整个山西省面积的百分之四十左右,主要包括大同、宁武、西山、霍西、河东与沁水六大煤田[3-4]。然而,煤与水一起储存在相同的地质实体中,在自然状况下,都具备各自的变化情况和储存条件。因为采煤抽水打破地下含水层之前的自然状态,开采范围内各个含水层的水位等值线发生了较大的弯曲,改变成类似漏斗一样的形状以开采范围为中心,同时地下各个含水层各自之间的补给、径流、排泄的关系发生了很大的改变,开采范围内各个含水层的水位下降较快,周边的各个含水层向开采范围中心附近含水层汇聚,各个含水层水流速度加快,整个周边的含水层水位下降,水资源储存量也随之减少,一部分承压含水层转变成无压含水层,最终导致煤层的上覆地下含水层遭受显毁坏,原先的含水层被迫变成透水层[5-6]。地下水必定会在新的环境中寻找新的平衡,在寻找新的平衡期间势必要对原有的生态环境发生改变,且产生一定的影响,如地面下沉、地面塌陷、地裂缝、地下水水质恶化、海水入侵、荒漠化及沙化等[7-9]。近年来,全国各族人民在国民经济的快速发展的大好形势下,人们对环境保护的观念也随之增强,全国的学者们对采煤引起地下水的相关问题给予了高度的重视,分别从不同角度进行了研究,并取得了一定成果,山西省作为我国严重缺水的省份之一,增强采煤对地下水环境影响等评价的研究就显得相当必要[10-12]。巍山煤矿井田位于山西省晋中市榆次区城北直距约19km处,井田呈不规则多边形,设计产量为每年 万吨,允许开采石炭系太原组的 13-15 号煤层,服务时间为 。本文采用 GMS 建立数学模型的方法,以 13-15 号煤层上覆基岩裂隙含水层为主要研究对象,利用有限元法对数学模型进行求解,定量分析和预测了采煤后地下水流场的变化及其发展趋势,能够提供一定的科学依据在水资源应用与生态环保方面。
在国外,斯图尔曼[13]( 等学者指出了可以采用二维非线性动力学的控制方程式来计算含盐量比较大的地区地下水的运移模拟情况,用这种方法进行的数值模拟具有不错的效果[19]。 等学者提出数学模型同时也会出现计算不了的情况,比如预测、预报等很多不能够肯定性条件的情况,但他创造性的解答出了平均值分布等难题的模拟模型,这个模拟模型就是一类随机地下水流的模型[20]。
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第二章研究区条件概况
项目概况
山西省煤炭运销集团巍山煤业有限公司由原山西省巍山煤业有限公司()与原山西省榆次云景山煤业有限公司(井田面积 )组成。兼并重组后,批采煤层为 13-15 号煤层,生产规模为 90 万 t/a,兼并重组后的井田呈不规则多边形,全矿井边界南北方向最长是 ,东西方向最宽是 , km2,其中允许开采面积是 km2,禁止开采面积是 km2,位于井田南部(如图 2-1)。根据煤层赋存情况、开采技术条件以及通风安