深部矿井水煤共采水文地质数值分析.pdf

l1 地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V I E W V 01． 6 1 N o ． 4 Ju ly 2 0 1 5 深部矿井水煤 共采水 文地质数值分析 杨东 东， 李 文平， 李小 琴， 乔 伟， 林玉 祥 中国矿业大学资源与地球科学学院， 江苏徐州 ， 2 2 1 1 1 6 内容提要针对兖州煤田下组煤深部开采受奥灰高承压水威胁以及当地大型煤化工企业生产用水量大的现状， 在已进行的水文地质勘探及放水试验基础上， 评价奥灰富水性 ， 并采用有限差分法进行奥灰疏水降压数值模拟研 究 ， 提出水煤共采观点。研究结果表明 兖州煤田深部奥灰水压高， 合理布置水煤共采孔 ， 可以实现奥灰水位的有效 疏降， 疏降中心区水位最大降深可达 1 1 0 1 1 1 ， 突水系数显著下降， 提高了下组煤开采的安全性； 同时可提供煤化工 4 3 2 0 0 i n ／ d的供水量， 能达到可持续的、 水资源保护性的供水效果， 实现下组煤的水煤共采。 关键词 水煤共采； 深部开采； 奥灰疏降； 数值模拟； 矿井水资源化 随着煤炭资源开采深度越来越大 ， 面临的问题 也越来越多 ， 其中最主要的问题是华北 型煤 田深部 奥灰水水压高 、 水量大， 严重威胁煤矿安全开采 卜 昌森等， 2 0 0 1 ； Wa n g e t a 1 ． ， 2 0 0 3 ； 李化敏等， 2 0 0 6 ； 谢 和平等， 2 0 1 2 ； 许延春等 ， 2 0 1 3 。对于奥灰水害的防 治， 绝大多数矿井采用的是疏水降压的处理方式 ， 并 将抽出的水直接或处理后排放到地表。据统计 ， 截 止 2 0 0 8年底全国矿井年排水量约为 6 01 0 I n ， 利 用率却只有 2 6 ％ 白海波等 ， 2 0 0 9 ， 造成地下水资 源的大量浪费。 兖州煤 田巨厚层 奥灰岩溶 不受侵蚀基 准面控 制 ， 垂向上普遍发育 ， 具有很强 的导水性 李涛 等， 2 0 1 0 ， 富水性强、 突水系数大 下组煤 8 5 ％的开采 面积的奥灰水突水系数大于 0 ． 1 M P a ／ m ， 深 部下 组煤开采受奥灰水威胁严重 ， 与此 同时 ， 当地还有需 水量大的大型煤化工企业。因此 ， 为解决兖州煤 田 奥灰水压高 、 水量大及煤化工企业需水量大的问题 ， 需要研究奥灰疏水降压与疏放 的奥灰水资源化利用 的可行性 ， 实现兖州煤 田下组煤水煤共采 ， 即在疏水 降压安全采煤 的同时， 将矿 井水进行资源利用 武 强等 ， 1 9 9 7 ； 武强， 2 0 1 4 ， 保证最大的资源利用率。 有限差分法是求解地下水流动模型 的一种很有 效的方法 易连兴 ， 2 0 0 7 ， 在矿 区大规模水文 地质 勘探及放水试验基础上 ， 利用 国内外广泛应用于地 下水模拟的有限差分软件 V i s u a l M o d fl o w对奥灰水 疏降进 行模 拟研究 武强 等 ， 2 0 0 5 ； R o m e r o e t a 1 ． ， 2 0 0 6 ； 曹 丁 涛 ， 2 0 0 8 ； 马 秀媛 等， 2 0 0 8 ； 徐 德 金 等 ， 2 0 0 9 ； L a a t t o e e t a 1 ． ， 2 0 1 4 ， 建立水煤共采数值模型 ， 提出水煤共采方案 ， 可为矿 区水煤共采提供理论依 据。 1 研究 区概况 兖州煤 田面积约 4 4 0 k m ， 为一向东倾伏 、 轴 向 北东一南西 向的不完整 的向斜构造盆地， 地层倾角 较为平缓 ， 一般 小 于 1 0 。 。东 部 以峄 山断 层为 界 ， 西 、 北 、 南部为奥灰 隐伏露头。根据勘探 和生产资 料 ， 边界外奥灰水与煤 田内奥灰水有着直接水力联 系 ， 同时还通过上覆第 四系含水砂层间接补给煤 田 内煤系含水层 。据统计 ， 岩溶水系统天然资源量约 为 8 6 7 2 ． 41 0 m ／ a ， 可开采资源量约为 7 6 3 1 ． 7 1 1 0 I n ／a。 矿区主要地层从上到下为第 四系 、 侏罗系、 二叠 系 、 石炭系 、 奥 陶系。主要含水层为第四系孔隙含水 层 、 侏罗系上统砂岩含水层 、 二叠系山西组 3煤顶底 板砂岩含水层 、 石炭系薄层石灰岩含水层组和奥 陶 系石灰岩含水层。其中除第 四系上组砂层和奥灰富 水性强 、 补给条件好外 ， 其余各含水层富水性弱至中 等 ， 补给条件不良， 以静储量为主。主采煤层为石炭 系太原组 1 6 和 1 7煤 合称下组煤 ， 1 7煤底板标 高 一1 1 5 0 一 一 5 5 0 i n 。下组煤距 奥灰顶板间距小 ， 注 本文为国家 自然科学基金重点项 目 编号 4 1 4 3 0 6 4 3 资助成果。 收稿 日期 2 0 1 4 - 1 1 - 1 9 ； 改 回日期 2 0 1 5 - 0 2 - 0 4 。责任编辑 黄敏。D o i 1 0 ． 1 6 5 0 9 ／ j ． g e o r e v i e w ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 1 0 作者简介 杨东东， 男， 1 9 9 0 年生。硕士。地质工程专业。E m a i l c u g 2 0 0 9 c u g 1 6 3 ． c o rn 。通讯作者 李文平， 男， 1 9 6 5年生。教授， 博士生 -l i l i 。主要从事水文地质 、 工程地质和岩土工程研究。E ma i l w p l i e u mt ． e d u ． c n 。 地质论评 1 6煤底板距奥灰平均间距 6 8 m， 1 7煤底板距奥灰 平均 间距 4 0 m。奥灰 对煤 层底 板水 压 约 3 ． 5 1 2 ． 0 MP a 其最大水压为 国内类似开采矿井之最 。 在天然 水位 状 态下 奥灰 对 1 6一煤 的突水 系 数为 0 ． 0 6 7 ～0 ． 1 2 0 MP a ／ m， 奥灰对 l 7煤的突水系数为 0 ． 0 7 1～0 ． 1 5 2 M P a ／ m， 最小值亦接近现有规程 国 家安全 生产 监督 管 理 总局 等 ， 2 0 0 9 标 准 上 限值 0 ． 1 0 M P a ／ m 。下组煤开采受底板 高承压水 的潜 在威胁 陈香菱等， 2 0 0 8 。 另外 ， 当地的国宏煤化工企业对水资源需求 巨 大 ， 项 目建设规划有较大发展 ， 一期拟建成 年产 5 0 X 1 0 t 甲醇 、 二期达到年产 1 0 01 0 t 甲醇等项 目， 日需水量约 8 X 1 0 t 。且 目前规划周边 2 0 k m范 围 内的松散含水层为供水水源地 ， 由于松散含水层可 能存在供水量很难保证 、 对 附近煤矿立井井壁稳定 性构成潜在威胁 、 对浅层农业用水 、 生活用水及生态 环境带来较大影响等问题 ， 从长远来看 ， 急需另外寻 找供水稳定安全 、 水资源丰富的水源地。 2 矿区奥灰疏放水试验 2 ． 1 奥灰水文地质条件 矿区奥陶系灰岩厚度大 ， 浅灰至青灰色 ， 致密坚 硬 ， 最大厚度达 7 5 0 m， 煤 田内钻孔揭露最大 1 8 0 m， 奥灰顶面埋深 3 6 ． 6 南屯 ～ 1 1 4 7 ． 1 m 东滩 ， 水 压 3 ． 51 2 ． 0 M P a ， 平均 6 ． 4 5 5 MP a ， 从西向东水压 逐渐升高 图 1 。奥灰上部岩溶裂隙发育 ， 局部地 段呈蜂窝状并有溶洞 ， 但富水性不均一。奥灰顶面 到 l 7煤间距 2 5 ． 51 0 9 ． 6 m， 平均 6 4 ． 3 m， 矿区几 乎全部范围 1 7煤 奥灰 突水 系数在 0 ． 0 6 MP a ／ m 以 上 ， 由西 向东 增 大， 东 滩 及兴 隆庄 煤 矿 都 在 0 ． 1 MP a ／ m以上 ， 受奥灰水严重威胁 ； 奥灰顶 面到 1 6 煤间距 3 3 ． 9 1 1 9 ． 8 m， 平均 7 4 ． 7 m， 奥灰突水系 数在 0 ． 1 M P a ／ m以上范 围区域相 比 l 7煤有所减小 图 2 。 根据研究 区 1 4 2个 杨村煤矿 2 8个 、 兴隆庄煤 矿 3 7个 、 东滩煤矿 3 1 个 、 鲍店煤矿 2 5个 、 南屯煤矿 2 1个 井上 、 下奥灰勘探钻孔单位涌水量数据 ， 按照 矿 区水 文 地 质 工 程 地 质 勘 探 规 范 G B 1 2 7 1 9 ． 1 9 9 1 中含水层 富水性分级标 准 ， 绘制 出奥灰 富水 性分 区图 图 3 。从图中可见 ， 富水性 中等、 强的区 域有较大面积 的分布。 2 ． 2 奥灰放水试验概况 放水钻孔选用兴隆庄矿 的 F 0 一 s 2和 F O - 2 C 孔 ， 其 中 F O ． s 2钻孔 孔 口标 高 一 2 4 9 ． 9 7 m， 孔 深 l l 6 。 4 8 E 6 。 51 E l 1 6 。 5 4 E l l 6 。 5 7 E 图 1兖州煤田奥灰水压等值线图 F i g ． 1 He a d c o n t o u r ma p o f O r d o v i c i a n l i me s t o n e c o n f i n e d a q u i f e r i n Ya n z h o u C o a l 3 6 1 ． 8 6 m， 进入奥灰深度为 1 7 1 ． 0 1 m， 出水段 孔径 1 3 0 m m， 补勘期 间揭露涌水量为 2 6 2 ． 6 3 m ／ h ， 水压 2 ． 8 MP a 。F O ． 2 C钻孔孔 口标高 一 3 4 6 ． 9 8 m， 孔 深 2 3 4 ． 8 0 m， 进入奥灰深度为 6 6 ． 7 1 m， 奥水 出水段孑 L 径 7 3 mm， 补勘期 间揭露涌水量 为 1 2 6 ． 3 1 m ／ h ， 水 压 3 ． 8 MP a 。 水位观测孔共 4 1个 ， 包括 2 3个地面孔和 1 8个 井下钻孔。放水试验工程布置图见 图 4 。放水试验 从 2 0 1 2年 1 0月 4日 1 9 0 0开始 ， 到 2 0 1 2年 1 O月 9 E t 1 9 0 0截止 ， 放水历 时 1 2 0 h ； 水位恢 复观测 停止 时间为 2 0 1 2年 1 0月 1 4日 1 9 0 0 ， 水位恢复观测历 时 1 2 0 h ， 具体情况见表 1 。 放水试验结束后 ， 利用放水试验各观测孔监测 数据 ， 根据直线法和配线法 陈崇希等 ， 2 0 1 1 求得 相关水文地质参数见表 2 。结果显示 ， 奥灰含 水层 贮水系数 s 、 导水系数 T以及压力传导系数 a 相差 很大 ， 说 明奥灰岩溶裂 隙发育存 在很 大的空 间不均 匀性。 Zf ￡ c o n n Z n n Z n Z n Z 、 一 n Z ￡ o n 0 n Z 。 n n Z 。 n 第 4期 杨东东等 深部矿井水煤共采水文地质数值分析 n n I n In Z Z 0 0 n 卜 卜 - n Z Z 十 r N m n I 1 6。 48 E 1 1 6 。 51 E 1 1 6 。 5 4 E l 1 6 。 48 E l l 6 。 5l E 1 l 6 。 5 4 E 图2兖州煤田天然水位下 1 6 煤 a 和 1 7煤 b 奥灰突水系数等值线图 F 2 C o n t o u r m a p o f 0 r d o v i e i a n l i m e s t o n e w a t e r i n r u s h c o e f f i c i e n t o f 1 6 c o a l a a n d 1 7 c o a l b i n n a t u r a l w a t e r l e v e l s i n Y a n z h o u C o a l 3 水煤共采数值模型建立 3 ． 1 水文地质模型 3 ． 1 ． 1 模拟范围的确定 本次奥灰水疏降数值模拟范围主要为兴隆庄煤 矿下组煤首采区 ， 由于放水试验观测孑 L 布置在东滩 煤矿 、 鲍店煤矿、 杨村煤矿和杨庄煤矿部分 区域 ， 为 更全面揭示奥灰水流场特征， 故将本次模型 的模拟 范围适当扩展 ， 即东北部以滋 阳断层为界 ， 东部以峄 山断层为界 ， 南部以皇甫断层为界 ， 西部和北部适当 扩展到杨庄矿 、 杨村矿西侧边界。 3 ． 1 ． 2模型概 化 模拟区东北部为滋阳断层 ， 落差大于 3 6 0 m， 区 内为上升盘 ， 将 其概化为 隔水边界 ； 东部 为峄山断 层， 落差大于2 0 0 0 m， 区内为下降盘， 亦概化为隔水 边界 ； 南部皇甫断层为导水断层 ； 西部和北部为人为 边界 ， 根据井下放水试验期 间边界附近钻孔水位有 变化的实际情况 ， 应概化为流量边界 。模型 中放水 孔及观测孔均按实际施工完成的孔位置布置。根据 前文分析 ， 模拟区奥灰含水层 富水性及相关水文地 质参数在空间分布上有较大差异 ， 因此 ， 最终建立为 奥陶系岩溶含水层上段 2 0 0 m厚度范围的非均质各 向异性岩溶裂隙承压非稳定 流水文地质概念模型 ， 如图4所示 。 3 ． 2数学模型 依据水文地质概念模 型， 建立奥灰含水层二维 非均质承压非稳定流 的基本微分方程 陈崇希 等， 2 0 1 1 ， 即 7 a x v 塑 0 x s O H OX dV df H 五y , 0 H ， Y 掣c o ， T y c o ， q ， y ， f ∞ ， 掣∞ ， 0 其 中 r x ， 和 Y方 向 的导水 系数 m ／ d ； 渗流区内奥灰含水层的水头高度 m ； 一 含水层的源汇项 L ／ a ； s 奥灰上段含水层贮水 系 数 ； 渗 流 时 间 d ；D 渗 流 区 域 ； l 奥 灰 含 水 层 初 始 水 位 分 布 m ； q ， Y ， t 皇甫断层和 流量边 界上 的单 宽流量 ∈ ∈ 第 4期 杨东东等 深部矿井水煤共采水文地质数值分析 图 5数值模拟参数分区图 Fi g．5 Pa r a me t e r z o na t i o n o f nu me r i c a l s i mu l a t i o n 为一个时 间段 。通过不断调整模型分 区参 数 ， 对 所有奥灰观测孑 L 的水位变化和放水试验最大降深时 的流场进行拟合 ， 如图 6所示 为部分观测孔水位动 态变化拟合曲线， 可 以看出， 实’狈 0 水位与模拟水位拟 合满足收敛条件， 拟合点总体相对误差较小 ， 拟合效 果较好。图 7为放水结束时实际水位一模拟水位等 值线对比图， 从 图可以看出， 放水结束时流场总体拟 合效果较好。表明该模型能够较为客观的反映实际 岩溶水系统水位变化情况 ， 可以为水煤共采方案设 计提供依据。 最终 ， 通过识别后求得 的各分 区水文地质参数 数值解见表 3 。 将经过识别后 的表 3中各分区参数与相应的实 测参数相比， 可以发现渗透系数和导水 系数存在较 大的差异 ， 出现这一现象的原 因在于单孔抽水试验 是小流量小规模抽水 ， 水位 降深一般只有十几米或 者几十米 ， 影响范围有限 ； 而井下联合放水试验的水 位降深至少达到几百米 以上 ， 且 同时有多个孔进行 放水 ， 在这样放水量大 、 降深大 、 影响范围广 的联合 大规模放水情况下， 岩体裂隙张开程度明显增大， 渗 透系数和导水系数明显会 比小规模单孔抽水 时大 ， 这一结果与田广等 2 0 1 4 研究结果相似 。 表 2放水试验求得奥灰水文地质参数统计表 Tabl e 2 S t atis tic s o f h ydr O g e O l O gi c a l pa r a m e t e r s i n Or do v i c i a n l i m e s t o ne aq ui r b as e d o n dr a i mng t e s t 使用钻孔 S T ／ m ／ d a ／ m ／ d 0 2 3 4． 61 E一0 3 3． 8 5 E 0 3 3． 4 8 E 0 4 0 2- 6 1 ． 9 9E 一0 4 3． 2 9 E O 2 6． 9 0E 0 4 0 2_ 7 2 ． 1 5E 一0 2 3． 6 2 E O 3 1 ． 0 2 E 0 4 O2 ． 1 2 3 ． 4 5E O 2 4． 3 6E0 3 2． O 7 E 0 4 O2 1 5 1 ． 5 1 E O 2 4． 7 0E0 3 1 ． 4 6 E O 2 02 1 6 1 ． 5 7E O 3 1 ． 1 4E0 3 3． O 1 E 0 4 F 02 ． 1 b 2 ． O 3 E 一01 1 ． 1 1 E0 3 2． 2 8 E 0 2 F 02 - 6 2 ． 1 1 E O 2 6． 7 6EO 2 1 ． 3 3 E 0 3 F O2 _ 4 8 ． 4 7E 一01 5 ． 0 0E0 2 2． 4 6 E 0 l 02 一 l 1 3 ． 9 5E 一0 3 1 ． 4 0E0 2 1 ． 4 7 E O 3 02 1 4 6． 41 E O 3 4． 8 6E0 3 3． 1 6 E 04 O2_2 2 4 ． 5 7E 一0 4 2． 5 7E0 3 2． 3 4 E 0 5 F 02 1 8 5 ． 0 5 E 一0 5 1 ． 7 2EO 3 3． 4 1 E 0 7 杨村 0 2 一 l 1 ． 4 8 E一 0 4 5 ． 8 6 E十O 3 3 ． 9 6 E- I- 0 7 鲍店 0 2 1 O 1 ． 6 l E一 0 6 3 ． 0 9 E0 2 1 ． 9 1 E0 8 表 3奥灰含水层数值模型分区参数数值解 Ta bl e 3 Nu m e r i c a l s o l utio n o f nume r i c al m o de l i ng p a r a me t e r z o n a t i o n i n Or d o v i c i a n l i me s t o n e a q u i f e r 参数 渗透系数 K m ／ d 导水系数 T m ／ d 贮水系数 S 分 区 l 1 2 ． 0 48 2 4 0 9． 6 O 4． 9 91 E 一0 5 2 1 1 ． 75 5 2 3 51 ． 0 4 4． 2 6 2E 一0 5 3 1 5 ． 0 7 2 3 01 4． 4 0 6 ． O1 7E O 5 4 8． 4 9 6 1 6 9 9． 2 0 1 ． 0 3 4E 一0 5 5 5． 1 8 4 1 0 3 6． 8 0 6 ． 1 9 2E 一0 5 6 9． 1 9 4 l 8 38 ． 8 8 4 ． 5 61 E 一0 5 7 l 1 ． 9 5 2 2 3 9 0． 4 0 9 ． 1 3 8 E 一0 5 8 1 4． 7 9 1 2 9 58 ． 2 4 1 ． 2 92 E 一0 5 9 1 8． 3 6 0 3 6 7 2． O 0 9 ． 9 9 3 E O 5 1 O 6． 5 2 8 1 3 0 5． 6 0 8 ． 8 2 0 E O 5 1 1 7． 2 2 9 1 4 45 ． 7 6 8． 7 5 1 E O 5 1 2 4． 6 0 8 9 2 1 ． 6 0 5． 6 0 4 E O 6 1 3 5． 9 2 8 1 1 8 5 ． 6 O 1 ． 0 9 7 E 一0 4 1 4 0． 8 6 9 1 7 3 ． 7 6 2． 1 8 8 E 一0 5 1 5 1 ． 21 2 2 4 2 ． 4 0 7． 0 2 3 E 一0 5 1 6 1 ． 0 3 7 2 0 7 ． 3 6 6． 5 0 1 E 一0 5 1 7 0． 3 0 7 6 1． 4 _4 1 ． 1 5 7 E 一0 5 1 8 l 1 ． 2 3 2 2 2 4 6 ． 4 0 9． 0 2 3 E O 5 表 4疏降方案流量均衡表 Ta bl e 4 Fl ow ba l a nc e o f d e wat e r i ng pl a n 边界类型 流入量 m ／ d 流 出量 m ／ d 均衡量 m ／ d 二类边界 7 2 4 5 6 ． O O 2 9 2 7 4 ． 0 0 4 3 1 8 2 ． O 0 疏放量 O ． 0 o 4 3 2 0 0 ． 0 0 4 3 2 0 0 ． O O 合计 7 2 4 5 6 ． 0 0 7 2 4 7 4 ． 0 0 一1 7 ． 9 2 Z『 c n n Z1 0 c a n Z 。 ”n 寸 n 地质论评 2 0 1 5仨 l 3． 6 l 3 ． 2 8 1 2 ． 8 1 2． 4 l 2 ． O l 1 ． 6 1 3 3 1 3 ． 1 一 曼 1 2 9 芒1 2 ． 7 1 2． 5 l 2． 3 6． 0 5． O 0 4． 0 3 0 2 0 1 ． 0 0 0 一 3 孔 水位 拟 合 曲线 I一 实测值 I 二l c 计 算 值 l a l H ． | eI 一 } l I ＼＼ 』 O 1 6 3 2 48 6 4 80 96 l l 2 1 2 8 l 4 4 l 6 O 时 h 02 - 7 孔 水位 拟 合 曲线 l ．1 l J 笛估 l I一 v a lB e I 7． ＼ ， ． ． ． ． 喇 ． ． ． O l 6 32 48 6 4 8 0 96 l 1 2 1 2 8 1 44 l 6 O 时 间 f h F O。 一 6 4 L 水 位 拟 合 曲线 l ⋯．． ． 1 1 I 一 。 d 、 ， 1 。 l ⋯ ⋯ ⋯ 一 c a l c u 值 l a va - 。I ● ●■ ● ●■ ■■ ■■ ■ ■■ ■■ ●● ■ ■●■● ■ ■■■ ■ ●■ O 1 6 32 4 8 6 4 8 0 96 1 1 2 1 2 8 l 4 4 l 60 时 问 h 1 4 ． 0 l O ． O 6 0 2 0 ．2 O -6 0 1 ． 6 1 ． 2 三0 ． 8 O 4 0 0 4 一 O． 8 O 一 6 4 L 水 位拟 合 曲线 m 蜘 ea 怕 s u r 。l 一 ． ． ． 一 t e d va h mt2 1 a 1 I I l 27 | I c a l ll a l ． 一一一一一一一一一一．一一一J 一一⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯’’ O 1 6 32 48 6 4 8 0 9 6 I l 2 l 28 1 44 l 6 0 时问 h O - 1 1 孔 水位 拟合 曲线 一 。 。 。 ． ． ． ． H 制 计 算 值 。。。。。。。。。。 c a l c u l a t e d va ‘ H e H．． ．． ． ． ． ． ． ．． ． 4 0 l 6 3 2 4 8 6 4 80 96 l 1 2 1 28 l 4 4 l 6 0 时 间 h F O - 1 8 L 水 位 拟 合 曲线 ． 1 一⋯ 1 一f _ ． r] 一 。 a - u e l r⋯⋯⋯ [ 1 一 计c a l c u l a t e d 1 。 l J 一一J⋯⋯⋯⋯． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 ⋯一一 l 0 1 6 3 2 48 64 80 96 1 1 2 1 28 I 4 4 l 6O 时 间 h 图 6部分奥灰观测钻孑 L 水位校验拟合 曲线 图 F i g ．6 Gr o un d wa t e r l e v e l s fit t i ng c u r v e o f s o me o b s e r va t i o n we l l s o f Or d o v i c i a n l i me s t o n e a q ui f e r 4 水煤共采模拟效果 根据建立的数值模 型， 针对奥灰水设计大规模 疏放方案 布置水 煤共 采 孔 6个 编 号 为 l ～ 6 号 ， 每孔抽水 3 0 0 m ／ h ， 进行联合疏放 ， 共计 1 8 0 0 m ／ h ， 即 4 3 2 0 0 n l ／ d ； 各水煤共采孔布置见图 8 ， 其 中水煤共采孔 1 、 2、 4、 5 、 6号为在已有奥灰孔孔位基 础上布置， 水煤共采孔 3号为新布置钻孔 。布置好 水煤共采孔后 ， 用 已建立的数值模型进行模拟预测 ， 模拟计算时间至 2 0 2 5年。结果显示 ， 六年后流场基 本稳定 ， 其水量均衡见表 4 。 由计算结果 可知， 在 6个水煤共 采孔 每孔抽 水 3 0 0 11 3 ／ h 联合疏放条件下 ， 流场达到稳定 时间 约 6年 ， 中心最大降深约为 1 1 0 m， 并且对西 、 南部 的天然排泄量则从 2 6 2 5 ． 1 5 m ／ h降至 1 2 1 9 ． 7 5 m ／ h ； 改变了研究 区内奥灰水天然 流场和补 、 径 、 排条 件 。 根据多矿井奥灰大流量疏 降模拟研究结果 ， 如 图 8所示 ， 在 6个虚拟抽水钻孑 L 联合疏放奥灰水 的 条件下 每孔疏放水量为 3 0 0 m ／ h ， 形成奥灰水头 大降深 ， 1 6 煤和 1 7煤奥灰突水系数经疏降后 ， 与 天然状态 图 3 相 比， 小于 0 ． 1 M P a ／ m 的范围明显 增大 ， 同时可提供 约 4 3 2 0 0 m ／ d的稳 定供水 量 ， 占 煤 化工 企业用水量 的5 4 ％ ， 可以极大降低 煤化工 5 5 5 5 5 5 5 5 9 8 7 6 一 鲁一 第 4期 杨东东等 深部矿井水煤共采水文地质 数值 分析 11 6 。 48 E 1 1 6 。 51 E l l 6 。 5 4 E 1 1 6。 5 7 E 图7放水结束时观测水位一模拟水位等值线对比 F i g ． 7 Co mp a r i s o n o f g r o u n d wa t e r l e v e l s c o n t o u r ma p b e t we e n o bs e r v a t i o n a n d s i mu l a t i o n a t t h e e n d o f d r a i ni n g t e s t 的用水压力 。即在疏水降压保障安全开采 的同时 ， 实现矿井水资源化， 达到水煤共采。 5 结论 1 兖州煤 田下组煤水文地质条件复杂 ， 下组 煤深部开采受奥灰高承压水威胁 。通过群孔放水试 验 ， 分析计算 的奥灰含水层导水系数 、 贮水系数以及 压力传导系数在空问上变化很大 ， 表 明奥灰含水层 岩溶裂隙发育及水动力条件呈现出各 向异性和复杂 性 的特点。 2 经过识别校验的水文地质模型能够客观的 反映奥灰含水层的天然流场 ， 可作 为矿 区进行下组 煤安全开采奥灰水疏放及水资源利用 的水文地质依 据。同时也为其他华北型煤 田深部开采底板岩溶水 防治和水资源化利用提供借鉴。 3 在建立的水文地质模型的基础上 ， 通过对 奥灰水 的合理疏 降， 即可用 6孑 L 3 0 0 m。 ／ h 联合疏 降， 形成大降深， 中心区降深可达 1 1 0 n l ， 从而有效 降低奥灰突水系数 ， 实现下组煤的安全开采 ， 同时可 提供约 4 3 2 0 0 m。 ／ d的稳定供水量 ， 有效缓解当地煤 化工企业的用水问题 。 Z Z Z Z 0 0 Z Z - q Z Z 寸 寸 - q 图 8模拟多孔疏降状态下 1 6 煤 a 和 1 7煤 b 奥灰突水系数等值线图 F i g ．8 C o n t o u r m a p o f O r d o v i c i a n l i me s t o n e w a t e r i n r u s h c o e ffic i e n t o f 1 6 c o a l a a n d 1 7 c o a l b i n s i m u l a t e d w a t e r l e v e l s 8 4 2 地质论评 2 0 1 5芷 参考文献／ R e f e r e n c e s 白海波 ，缪协兴．2 0 0 9 ．水资源保 护性采煤 的研究进 展与面 临的问 题 ． 采矿与安全工程学报 ， 2 6 3 2 5 3～ 2 6 2 ． 昌森 ， 张希诚 ，尹万 才 ，曲修术．2 0 0 1 ．“ 华北 型 ” 煤 田岩溶水 害 及 防治现状．地质论评 ， 4 7 4 4 0 5～4 1 0 ． 曹丁涛 ．2 0 0 8 ．邹城市唐 村一 西龙河 水源地 岩溶水 资源 数值模 拟． 地质论评 ， 5 4 2 2 7 8～2 8 8 ． 陈香菱 ， 魏久传 ，隋岩 刚．2 0 0 8 ．兖州矿 区下组 煤开采底 板 突水危 险性评价． 山东科技大学学报 自然科学版 ， 2 7 2 1 O～1 3 ． 陈崇希 ，林敏 ， 成建梅．2 0 1 1 ．地下水动力学．北京 地质出版社 ． 国家技术监督局．1 9 9 1 ．G B ／ T 1 2 7 1 9 - 9 1 ．矿 区水文地质工程 地质勘 探规范．北京 中国标准 出版社． 国家安全生产监督管理总局 ，国家煤 矿安全 监察局．2 0 0 9 ．煤 矿防 治水规定．北京 煤炭工业 出版社． 李化敏 ，付凯．2 0 0 6 ． 煤矿深部开采 面l临的主要技术 问题及对策．采 矿 与安全工程学报 ， 2 3 4 4 6 8 4 7 1 ． 李涛 ， 李文平 ，高颖 ，乔伟．2 0 1 0 ．杨庄矿 6煤底板深部岩溶裂隙水 体特征研究 ．采矿与安全工程学报 ， 2 7 1 9 4～9 9 ． 马秀媛 ，李曙光 ， 朱维 申．2 0 0 8 ．地下水位变化的数值模 拟新 方法． 岩石力学与工程学报 ， 2 7 S u p p ． 1 3 1 5 9～3 1 6 5 ． 田广，王晓波．2 0 1 4 ．东滩煤 矿奥灰放 水试验 数值模 拟．煤 田地 质 与勘探 ， 4 2 3 6 1 ～6 4 ． 武强，罗元华 ， 孙卫东 ，金玉洁 ，叶贵钧 ，夏镛 华 ，林 曾平 ．1 9 9 7 ． 矿井水的资源化与环境保护一 以焦作矿 区典 型地段为例．地质 论评 ， 4 3 2 ， 2 1 7～ 2 2 4 ． 武强 ， 朱斌 ，徐华 ，王玉平 ， 王吉华 ，张文权 ．2 0 0 5 ．MO D F L OW 在 淮 北地下水 数值 模拟 中的应 用．辽 宁工程 技术 大学 学报 ， 2 4 4 5 0 0～5 0 3 ． 武强．2 0 1 4 ．我国矿井水防控 与资源 化利用 的研究 进展 、 问题和 展 望．煤炭学报 ， 3 9 5 7 9 5～8 0 5 ． 谢和平， 周宏伟， 薛东杰， 王宏伟 ， 张茹， 高峰． 2 0 1 2 ．煤炭深部开 采与极限开采深度的研究与思考．煤炭学报， 3 7 4 5 3 5～ 5 4 2． 徐德金 ，胡 宝林 ，汪 宏 志，董 昌伟 ，王登邦 ，唐 立 华．2 0 0 9 ．基 于 Vi s u a l Mo d fl o w 的煤 层底板灰 岩水疏放 性分析．矿业 安全与 环 保 ， 3 6 3 7～ 9 ． 许延春 ， 陈新 明， 李 见波 ， 姚依林．2 0 1 3 ．大埋深高水压裂隙岩体巷 道底臌突水试验研究 ．煤炭学报 ， 3 8 S u p p ． 1 1 2 4～1 2 8 ． 易连兴．2 0 0 7 ．解 非均质各 向异性地下 水渗流模型 的改进型有 限差 分法．地质论评 ， 5 3 6 8 3 9～8 4 3 ． L a a t t o e T，P o s t V E A a n d W e r n e r A D．2 0 1 4．S p a t i a l p e rio di c b o u nd a c o n d i t i o n f o r MO D F L O W．G r o u n d w a t e r ， 5 2 4 6 0 6～ 6 1 2 ． Ro me r o D M a n d S i l v e r S E．2 0 0 6 ． Gr i d c e l l d i s t o r t i o n a n d MODF L OW S i n t e g r a t e d fi n i t e - d if f e r e n c e n u me ri c a l s o l u t i o n． Gr o u n d wa t e r ，4 4 6 7 9 7 8 0 2 ． W a n g J A a n d P a r k H D．2 0 0 3 ． Co a l mi n i n g a b o v e a c o n fi n e d a q u i f e r ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n al o f Ro c k Me c h a n i c s a n d Mi n i n g S c i e n c e s ，4 0 4 5 3 7～ 5 5 1 ． Hy dr 0 g e 0 l 0 g i c a l Nu m e r i c a l Ana l y s i s o f W a t e r a nd Co a l Co- Ex pl o i t a t i o n i n D