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煤炭开采导致区域含水层结构破坏,已经严重影响了区域地下水循环演化态势,是煤矿区地下水资源短缺的根本原因。本文以山西长治盆地潞安矿区为例,通过野外调查、相似材料模拟实验和数值模拟手段,分析了群矿开采驱动下含水层结构破坏对地下水流场的影响。通过砂槽模拟试验结果和数值模拟结果进行对比验证,结果表明:1)煤层开采形成采动裂隙发育基本限制在完整基岩内,使得隔水底板黏土岩发生弯曲变形,承压含水层水位下降形成层间疏干区,对第四系潜水含水层流场影响甚微,潜水水位没有明显下降;2)隔水层有效厚度变薄的局部地区,由于采动裂隙切穿隔水层,导致该区潜水含水层消失;3)采煤造成的类似"溯源侵蚀",引发原本隔离的地下水系统间的地下水袭夺现象,矿井水补给量有所增加。 相似文献
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上海市自1968年调整开采层次以后,第四承压含水层逐渐成为地下水主要开采层次,历史上曾因过度开采利用地下水而成为主要的压缩土层。本文依据上海市长期的地下水位和地面沉降监测资料,总结了第四承压含水层在不同水位变化条件下的变形特征,同时根据压缩试验资料,对第四承压含水层变形机理探讨,为合理开发利用地下水资源提供理论依据。 相似文献
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《上海国土资源》2014,(4)
根据上海地区分层标和水位孔的实测资料,分析了2001~2012年间地下水控采条件下地下水位变化及土层变形特征。上海地区潜水层和第一承压含水层水位基本保持不变,第二至第五承压含水层水位都呈现出明显的回升趋势。三个软土层仍在发生压缩变形,其中第三软土层随着水位的回升变形得到了控制,部分地区已出现回弹趋势。在水位全面回升情况下,第一到第四承压含水层表现为明显的塑性和蠕变变形,当水位持续回升时土层仍有沉降,且变形滞后于水位变化;而第五承压含水层主要以弹性变形为主,当水位不断回升时,含水砂层也随之持续回弹,滞后不明显。将上海地区近年来含水层与水位变化关系归纳出四种模式。砂性土单向蠕变试验的结果表明,双屈服流变模型可以较好地反映砂土蠕变变形特征。 相似文献
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鄂尔多斯盆地北部侏罗纪深埋区中生代地层以河流相沉积为主,呈分阶段的多旋回演化特点,导致煤层顶板含隔水层交替分布;由于地表大部分为毛乌素沙漠,降水入渗补给系数大,第四系松散层储水能力强,充足的补给水源造成煤层顶板直接充水含水层富水性较强,其中最主要的充水含水层为七里镇砂岩,以七里镇砂岩为关键层,将煤层至七里镇砂岩概化为一个直接充水含水层。承压水井大降深抽水时,当井中水位低于含水层顶板,井附近的含水层会出现无压水流区,形成承压–无压水井,采用分段法计算流向井的流量,包括无压水区和承压水区。实际工作面回采过程中,井中水位已降低至煤层底板;传统的承压–无压水井公式假设条件为井径较小(≤m级),而实际工作面回采过程中,随着覆岩导水裂隙带对七里镇砂岩关键充水含水层的破坏,导致整个煤层顶板形成巨大的采空区疏水井(102~103 m级),且该采空区疏水井半径逐渐增大,传统公式适用性不高。基于《地下水动力学》中的承压–无压水井公式,结合鄂尔多斯盆地北部深埋煤炭开采过程中采空区疏水井演化过程,建立适合于深埋区开采扰动下的采空区疏水井承压–无压水公式;以葫芦素煤矿首采工作面为研究对象,利用地质勘探和井下揭露获得的相关水文地质参数,计算葫芦素煤矿首采工作面回采过程中涌水量。结果表明:工作面回采初期,由于导水裂隙带未充分发育,尚未沟通七里镇砂岩,此阶段实际涌水量偏小;中后期导水裂隙带发育至七里镇砂岩,涌水量计算值与实际值较为接近,证明深埋煤层工作面涌水量计算公式可较准确地预测研究区工作面回采过程中的涌水量。本次建立的深埋工作面涌水量计算公式,广泛适用于我国西部侏罗纪煤田区,可为深埋煤田区煤炭资源安全开采提供科学的水害防治依据。 相似文献
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提出对顾北煤矿1243(3)工作面回采上限开采产生影响的主要含水层为新生界承压含水层、基岩风化带及顶板砂岩含水层。根据其水文工程地质、勘探和土工试验资料,分析新生界松散层含(隔)水层、基岩风化带及煤层顶板砂岩含水层的水文工程地质特征以及各含水层之间水力联系,结合《"三下"开采规程》、覆岩类型、含水层富水性特征,确定该工作面水体下开采等级为Ⅱ类,并通过类比、公式法、实测研究冒落带破坏高度,确定防水煤柱高度,收作线上口防水煤柱最小,采后冒落带仅发育在二叠系煤系地层中,符合《"三下"开采规程》Ⅱ类水体的有关规定,工作面回采无水害威胁。 相似文献
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论文通过苏锡常地区获取了孔隙水Ⅱ承压水开采水位衰变与地面沉降同步监测资料、含水层结构特征研究,论述了Ⅱ承压水压力成为含水层中所夹粘性土层由高压转卸荷膨胀的机理;天然状态水、土应力平衡面在不同顶板压力水头高度内。地面沉降的发生、发展系开采水位超过天然状态的水、土应力平衡面所致[1,2]。尚未超采区则消耗了天然状态高压强水压力。而超采区才是水、土应力失衡互动的结果。两者水力性质不同。给尚未发生地面沉降区由禁采转入按天然状态水、土应力平衡面控制开采措施和地面沉降发生、发展区的形成条件找到了理论依据。提出了超采严重区禁采后,在远离高压强补给源地水位下降期增加在Ⅱ承压含水层上的附加应力荷载仍存在,潜在地面沉降量较大,需采取人工辅助的高压强回灌水来快速提高Ⅱ承压含水层水压强,扼制其沉降速率的治理措施。这不仅对该地区孔隙水Ⅱ承压水开采与地面沉降的关系认识有重要意义,而且对不同埋深孔隙水承压含水层水的开采利用、查明水文地质条件和评价允许开采资源方面将起导向作用。 相似文献
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苏北沿海三市三维地下水流数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
20世纪80年代以来,苏北沿海三市（连云港、盐城和南通）地下水过量开采导致部分地区水位持续大幅下降,引发地面沉降、水质咸化等问题。本文基于研究区大量地质、水文地质资料,以及2005—2013年地下水开采和水位观测数据,经过模型识别、验证,建立了能刻画苏北沿海三市地下水流场演化的三维非均质各向异性地下水流数值模型,模拟了研究区2005—2013年开采量由约2.03亿m3逐渐减少到1.56亿m3条件下深部地下水系统流场（包括第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层）的动态演化过程。结果表明,各观测孔的水位实测值与模拟值吻合良好,水位及水均衡模拟结果显示各含水层水位下降得到有效控制,但是该区域地下水仍处于超采状态。为进一步控制水位下降,防治咸水扩散、地面沉降等地质环境灾害,模型预测并比较了现状开采和限制开采2种不同开采方案下2014—2020年苏北沿海三市深层地下水流场的变化趋势。预报结果显示,2种开采方案下,各含水层水位下降速率均减小,尤其是限制开采方案下,第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ承压含水层的区域水位平均下降速率依次为0.15、0.16和0.15 m/a,分别比模拟期减小了46.43%、65.21%和48.28%,在开采强度降至最低的条件下储存量变化速率仍为负值,说明需要进一步加强地下水限制开采的力度。 相似文献
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针对孤岛工作面煤层开采底板损伤问题,以河北葛泉煤矿11913孤岛工作面为研究对象,采用微震方法分析其底板破坏深度;并通过数值模拟对首采、跳采及孤岛3种工作面回采过程中围岩采动应力与底板破坏的规律进行了对比分析。微震测试结果显示11913工作面回采过程中微震事件主要发生在下巷,识别出工作面最大破坏深度20~25 m;基于COMSOL的11912首采、11914跳采及11913孤岛3个工作面数值模拟结果显示,11912首采与11914跳采条件下煤柱地应力集中状态变化不大,最大破坏深度小于11.56 m,仅发育至工作面底板的注浆改造层内部;而11913孤岛回采条件下,受到重复采动影响,工作面两侧煤柱应力集中状态骤增,最大破坏深度剧增至23 m,已发育至煤层底板的本溪组灰岩含水层。研究结果对于华北型煤田下组煤层开采底板破坏规律分析与不同类型工作面回采条件下底板水害防治有一定的参考价值。 相似文献
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大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。 相似文献
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华北煤田煤系地层的底部为含水丰富的奥陶系灰岩,该层灰岩与地表水系和煤系地层含水层存在着密切的水力联系。许多大型突水是采掘空间与含水层之间形成突水通道引起的。因此,分析开采工过程中底板岩体中含承压水裂隙的断裂力学特性具有重要意义。本文采用作者提出的数值方法分析了含高压水裂隙在开采过程中的断裂力学特性。假设裂隙面上作用着均匀水压力,考虑地应力的影响,采用断裂力学的叠加原理,分析了采煤工作面推进过程中含承压水裂隙的断裂力学特性,讨论了开采过程中底板承压水导升。结果表明:在工作面推进过程中,位于底板岩层且与含承压水岩层连通的裂隙,会在承压水水压力和扰动应力的共同作用下,产生破坏,导水裂隙带的高度会增加;这就增加了底板突水的危险性。 相似文献
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渭北煤田5、10号煤层底板以下的奥陶系灰岩强含水层,水头压力大,对采煤的威胁严重,历史上曾经发生多次底板突水事故,造成重大人员伤亡。以澄合矿区为例,研究了带压开采防治水的技术路线,提出了底板注浆加固的防治水方法,并成功应用于董家河煤矿,不仅安全开采了5号煤层,而且保护了渭北地区岩溶水的统一水位标高,使区内各岩溶大泉流量稳定、黄河湿地生态安全得以保证,促进了生物多样性和工农业用水安全,为渭北及华北型煤田底板承压水体上带压安全采煤找到了技术途径。 相似文献
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Application of an Improved Flow-Stress-Damage Model to the Criticality Assessment of Water Inrush in a Mine: a Case Study 总被引：1，自引：0，他引：1
H. Q. Zhang Y. N. He C. A. Tang Bashir Ahmad L. J. Han 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2009,42(6):911-930
This paper presents a case study of water inrush on a mine working face from roof strata. The flow-rock failure process analysis
(F-RFPA2D) code with an improved flow-stress-damage (FSD) model was adopted to perform the failure and coupling analysis. The improved
FSD model was used to represent the permeability variation at the four stages (elastic, damaged, cracked, and crack closure)
of the rock failure process. The fracture initiation, propagation, and coalescence in the stressed strata and the seepage
field evolution in the stress field are represented visually during the whole process of water inrush. The failure zone with
high permeability induced by mining disturbance becomes the water-conducting zone after full excavation of the coal seam.
The height of the water-conducting zone obtained in this study is in reasonable accordance with that predicted by an empirical
formula. It is definitely clarified that the water inrush from the roof strata is induced by the failure zone full of vertical
coalesced mine fractures. It is unlikely that roof accidents resulting in water inrush would occur if the water-conducting
zone does not grow upwards into the aquifer. The main task for mine extraction under a confined aquifer is to locate the aquifer
and find the maximum height of the water-conducting zone, which is very important for mine construction and support design. 相似文献
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承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明:煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。 相似文献
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近断层煤层开采时,防隔水煤岩柱的正确留设是防止断层突水事故的重要措施。山东济宁三号煤矿123上01(南)工作面西邻的F8断层落差较大,可能会沟通底部奥陶系灰岩(简称奥灰)含水层,为确保工作面安全回采,需要进行F8断层防隔水煤岩柱尺寸计算。考虑煤岩层真实产状、断层面与煤层产状的空间关系和底板承压水威胁,对《煤矿防治水细则》中断层导水条件下的防隔水煤岩柱尺寸计算方式进行改进,推导出水位到安全防隔水煤岩柱宽度(Ha)在断层面垂足处的水头高度计算公式及改进后的断层防隔水煤岩柱尺寸计算公式。对比计算结果发现:《煤矿防治水细则》原有计算公式在将煤岩层理想化为水平岩层,且取偏小的煤层底板水压值计算的情况下,计算出的F8断层煤岩柱尺寸为112 m,改进公式的计算结果为128.5 m。因改进公式考虑了实际煤岩层产状及与断层面空间关系,且水压取值位置准确,计算结果更为精确,将为矿井安全回采提供更为科学的参考依据。 相似文献
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过去对地下水位持续下降条件的地面沉降研究较多,但对水位大幅持续抬升过程中的地面沉降研究较少。本文根据
上海大量地面沉降、水位观测和钻孔资料,系统分析上海市90年代末以来地下水位大幅抬升条件下各土层的变形特征。自
1998年以来,上海市通过大幅压缩开采量、回灌地下水等措施使第二、三、四和五承压含水层水位分别平均抬升2.1 m,
3.6 m, 12.4 m, 12.7 m。水位的抬升使上海市地面沉降平均速率由1998年的12.2 mm/a减小到2011年的1.83 mm/a,减少85%。
通过对27组分层标数据分析发现：现阶段主要压缩层位在第一、二软土层,年沉降速率为2~4 mm/a;而第二含水层以下土
层已经有少量回弹。在水位持续大幅抬升过程中,本文总结了两种变形特征：1） 变形和水位变化基本同步,残余变形量非
常小,变形可概化为线弹性变形,这种变形主要发生在第一、二、三和五承压含水层、第五和六弱透水层;2） 压缩速率逐
渐减小,无明显持续回弹趋势,有较大残余压缩量且存在变形滞后现象,变形可概化为弹塑性变形,这种变形主要发生在
地第二、三和四弱透水层。第四承压含水层变形较复杂,两种变形特征都有。其中较大残余变形量主要由塑性贮水率比弹
性贮水率大2个数量级引起;变形滞后主要由弱透水层中超孔隙水压力消散较慢引起。本文研究成果对于掌握水位抬升过
程中土层变形方式、发生发展机理、预测未来地面沉降及地下水科学管理和资源评价具有重要意义。 相似文献
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我国北方煤田上覆地下水系统含水层以砂岩为主,是矿井主要充水水源。除浅部、露头区外,上覆砂岩地下水系统总体上构成非径流型蓄水构造,弹性贮存是其地下水主要赋存状态,压力传导、局部渗流为地下水动力学模式,矿井涌水主要为承压含水层弹性释放。非充填开采,煤层上覆地层周期性冒裂形成冒裂二元结构体,其自身释水(弹性、重力)与其外侧含水层断面弹性释水叠加形成矿井涌水。冒裂二元结构体释水随冒裂周期发生,时间短暂。外侧含水层断面释水可用非稳定流定降深沟(渠)流方程描述,进而获得外侧含水层断面释水单宽流量。外侧含水层释水断面随冒裂周期性延展累积,迭代更新,矿井涌水流量随之变化。在研究、刻画外侧含水层释水断面延展、迭代时空规律基础上,给出含水层断面释水流量预测方法、公式,与冒裂二元结构体自身周期性释水流量叠加,获新的矿井涌水量预测方法—非稳定释水-断面流法。 相似文献
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蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工作面回采前后的全生命周期涌水量演化规律,开展顶板含水层分布、导水裂隙带发育、涌水量变化等方面的实测研究。结果表明：煤层顶板地层均属于河流/河湖相沉积,空间上呈含隔水层互层状展布,隔水层的主要岩性为泥岩、砂质泥岩;受控于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的单斜构造,含煤地层高程在蒙陕接壤区最低,其顶板侏罗纪煤系含水层属于区域性地下水滞流区。煤层顶板地层在中生代沉积旋回作用下,发育了3层直接充水含水层,其中直罗组七里镇砂岩(Ⅰ号含水层)距离3-1煤层顶板77.4～109.4 m,呈富水强、水压高的特点;导水裂隙带实测高度为103.4 m,裂采比18.8,工作面回采过程中导水裂隙带将发育至Ⅰ号含水层。工作面回采前期,随着导水裂隙带向上发育沟通不同含水层,采空区涌水量呈阶段性增加,工作面回采至300 m左右,采空区涌水出现第一个峰值;工作面回采中后期,导水裂隙带持续周期性发育,导致顶板含水层... 相似文献