【摘要】：大水礦山由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜,涌水量大,一旦發(fā)生井下涌水災(zāi)害,往往帶來慘重的人身傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。因此,此類礦山為確保安全生產(chǎn)不得不投入高昂的防治水費(fèi)用,受災(zāi)害威脅嚴(yán)重的礦山甚至?xí)黄韧．a(chǎn)。隨著采礦業(yè)的高速發(fā)展,大水地下礦山開采數(shù)量日益增多,礦山地下水害問題逐漸成為制約礦山開采發(fā)展的瓶頸問題。本文以大水礦山地下水害為研究對(duì)象,通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集和調(diào)查,采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值計(jì)算等方法,深入研究并揭示了大水礦山地下水致災(zāi)機(jī)理,建立了大水礦山地下水致災(zāi)判據(jù),分析了大水礦山地下水致災(zāi)災(zāi)害分布特征,構(gòu)建了大水礦山地下水害防治方法體系和大水礦山地下水致災(zāi)可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型,取得了一系列有價(jià)值的研究成果。 (1)基于系統(tǒng)學(xué)理論,針對(duì)大水礦山實(shí)際開采環(huán)境提出了大水礦山排水-地下水開采水環(huán)境系統(tǒng)的概念,利用數(shù)學(xué)方法建立了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)模型及其求解方法。揭示了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)的外部影響因素(涌水、排水)及內(nèi)部條件變量(滲透系數(shù)、地下水水力坡度及含水層厚度、排泄邊界,補(bǔ)給邊界面積)的結(jié)構(gòu)關(guān)系,得出了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)是隨機(jī)動(dòng)態(tài)變化的結(jié)論。 (2)從系統(tǒng)功能失效致災(zāi)的角度,提出大水礦山地下水災(zāi)害是由于大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)未能將系統(tǒng)水位降至安全水位以下所致,揭示了導(dǎo)致大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)的機(jī)理：一是由隨機(jī)作用引起的系統(tǒng)外部流量超出系統(tǒng)可承受的流量壓力,導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部水位升高超出安全水位,從而引發(fā)系統(tǒng)災(zāi)害,簡(jiǎn)稱因外部壓力超過系統(tǒng)承受能力致災(zāi)；二是因系統(tǒng)內(nèi)部地下水系統(tǒng)含水層控水構(gòu)造失效或者排水系統(tǒng)失效,給系統(tǒng)引入新的流量補(bǔ)給或減少了系統(tǒng)的排泄水量,致使系統(tǒng)水位升至安全水位之上,該情況可稱為由系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)失效致災(zāi)。在此基礎(chǔ)上建立了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)判據(jù)。 (3)開展了大水礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)機(jī)理應(yīng)用研究。將大水礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)機(jī)理及判據(jù)應(yīng)用于實(shí)例大水礦山,判別了實(shí)例礦山的地下水開采環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài),分析了致災(zāi)影響因素對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的影響。實(shí)例礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)判別應(yīng)用表明：所建模型及判據(jù)可有效識(shí)別系統(tǒng)的災(zāi)害狀態(tài)。實(shí)例礦山大水礦山地下水災(zāi)害因素分析表明：失效致災(zāi)的發(fā)生主要受安全水位、隨機(jī)作用及系統(tǒng)流量差變化共同控制；從影響程度來講,系統(tǒng)流量差變化對(duì)致災(zāi)影響最大,其次為安全水位,最后為系統(tǒng)的隨機(jī)作用。 (4)明確了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)分析的內(nèi)涵,建立了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)概率計(jì)算方法,以及在對(duì)應(yīng)失效概率下大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)災(zāi)害空間分布預(yù)測(cè)方法,結(jié)合實(shí)例大水礦山進(jìn)行了預(yù)測(cè),其結(jié)果與實(shí)際的災(zāi)害分布相一致,驗(yàn)證了大水礦山排水-地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)災(zāi)害空間分布預(yù)測(cè)方法的有效性。 (5)結(jié)合實(shí)例礦山開展了大水礦山地下水災(zāi)害綜合防治方法及其有效性檢驗(yàn)研究。建立了大水礦山地下水害綜合防治方法體系,提出了地下水害防治方法有效性檢驗(yàn)方法,得出大水礦山涌水屬于動(dòng)水補(bǔ)給時(shí),排水系統(tǒng)降水能力有限,采用疏干排水結(jié)合阻水帷幕的方式,對(duì)大水礦山地下水防治更為可靠等結(jié)論。 (6)開展大水礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及模型研究。建立了大水礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)體系共分為三個(gè)層次,12個(gè)指標(biāo),分別為：邊界距排水巷道距離、帷幕截流作用、地下水穩(wěn)定水位、排水設(shè)施的最大承受水量、排水設(shè)施的使用年限、塌陷、降雨、滲透系數(shù)、截流巷截水能力、巷道涌水、排水設(shè)施使用狀況和巷道尺寸。該指標(biāo)體系綜合概括了組成大水礦山地下水系統(tǒng)的孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和致災(zāi)因子。分別采用模糊層次分析法和遺傳投影尋蹤聚類算法建立了大水礦山地下水環(huán)境系統(tǒng)失效致災(zāi)可能性評(píng)價(jià)模型。實(shí)際應(yīng)用表明,兩種模型均能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)大水礦山地下水致災(zāi)可能等級(jí)的分析評(píng)價(jià),遺傳投影尋蹤聚類模型分類結(jié)果離散性強(qiáng),評(píng)價(jià)等級(jí)清晰,模糊層次分析模型分類結(jié)果離散性相對(duì)較弱,結(jié)果趨于均值化。因此遺傳投影尋蹤聚類模型在評(píng)價(jià)中確定等級(jí)上具有優(yōu)勢(shì)。此外,該法在權(quán)值確定上更具客觀性,但對(duì)樣本具有依賴性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD745

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2380736