论文部分内容阅读
矿井治水是矿山,尤其是深部矿藏建设和开采过程必不可少的一项工作,目前广泛运用的治水方法主要是传统的地表疏排水和灌浆帷幕堵水两种。河北省沙河市中关铁矿因埋藏深度大,且位于富水地带,经反复论证,将采用灌浆帷幕方法治理矿区的地下水。灌浆帷幕堵水相对于传统的疏排水不仅成本更低,堵水效果更好,且能最小程度的影响区域水资源环境,从而实现矿山的安全、经济和环保。
中关铁矿灌浆帷幕工程尚处于建设阶段,还未进行地下水放水试验,因此灌浆堵水的效果究竟能达到何种程度尚不明确。数值模拟方法可以较准确地预测中关铁矿在有无帷幕时的渗流场和矿坑涌水量以及疏干时间,通过比对有无灌浆帷幕所获取的图形和数据,即可判断灌浆帷幕的堵水效果。此外,获取的数据对于防止矿井突水、淹井等恶性事故,保障矿山安全生产将具有重要意义。
本研究的进行是建立在中关铁矿矿区的水文、气象、地形地貌、区域地质及水文地质条件等资料的基础上。通过分析中关铁矿矿区的水文地质特征和地下水动态特征,概化了含水层及其边界条件,建立了矿区的水文地质概念模型即均质各向异性的承压含水层二维非稳定流模型,并进一步建立了符合中关铁矿实际情况的二维地下水流数学模型。在数值模型建立完成后,采用国际认可度最高、运用最广泛的有限差分软件Visual Modflow对所建立的地下水运动数值模型进行运算求解。数值模型的验证则通过与1号和13号观测孔地下水动态特征对比拟合,便可确定模型可靠性和准确性。在确保模型可靠准确后,利用该模型模拟了中关铁矿在有无帷幕时分析对比有帷幕和无帷幕时开采至-110、-180、-250m高程时的渗流场和涌水量以及定流量疏干至开采水平的时间。
根据数值模拟的结果,帷幕建成后,矿区地下水的渗流场发生了明显改变,矿井的涌水量明显减少,并且在定量疏干排水时,采用灌浆帷幕堵水后,疏干时间也大大减少。因此得出中关铁矿灌浆帷幕设计帷幕厚度T=10m,帷幕的渗透系数K=0.08m/d,在建成之后完全可以达到堵水率80%的防渗堵水效果,并随着开采深度的增加,堵水效果越加明显。