本文選題：充水含水層　切入點(diǎn)：富水性評價(jià)　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國煤系地層的充水含水層類型多樣、條件復(fù)雜,由于充水含水層的非均質(zhì)性、各向異性以及非連續(xù)性等特點(diǎn),使其具有富水性不均,分布不連續(xù)等特征,給煤礦的安全生產(chǎn)與水害的有效防治造成很大的困難。煤礦充水含水層富水性分區(qū)評價(jià)是礦井防治水工作的重要前提,不僅可以有針對性的布置防治水工程,而且能有效避免局部強(qiáng)富水區(qū)域發(fā)生水害事故的可能性。同時(shí),近年來隨著開采深度的增加和開采水平的延伸,水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜,具有補(bǔ)給條件的煤層底板充水含水層水頭壓力越來越大,區(qū)域斷層使礦井開采煤層與厚層灰?guī)r對接等一系列問題嚴(yán)重制約了礦井的安全生產(chǎn)。因此,在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過程中,掌握煤層充水含水層富水分布規(guī)律,預(yù)測出礦井煤層底板的疏降水量,對于保障我國礦井水害的有效防治以及煤炭的安全開采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文根據(jù)煤礦充水含水層的類型與特征,在缺少水文地質(zhì)鉆孔或者水文地質(zhì)鉆孔不足的情況下,建立一套較為系統(tǒng)的煤礦充水含水層富水性評價(jià)指標(biāo)體系,應(yīng)用多種先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論與方法,建立出符合含水層富水規(guī)律的新型實(shí)用型模型對不同類型充水含水層富水性進(jìn)行新的評價(jià),并以河北蔚縣單侯煤礦、陜西神木檸條塔煤礦兩個(gè)典型煤礦進(jìn)行實(shí)例分析。同時(shí)提出了一種基于礦井生產(chǎn)銜接計(jì)劃的礦井疏降水量動(dòng)態(tài)預(yù)測方法,通過對區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)律與地下水流場的科學(xué)分析,在合理概化奧灰含水層水文地質(zhì)概念模型的基礎(chǔ)上,建立復(fù)雜水文地質(zhì)條件下單侯礦奧灰疏降水量的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)礦井工作面的生產(chǎn)銜接計(jì)劃,分階段對礦井奧灰的疏降水量進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測。這些研究對于預(yù)防礦井水害的發(fā)生和保障礦井安全生產(chǎn)具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。取得的具體研究成果如下:(1)根據(jù)煤礦充水含水層的類型與特征,分別從沉積環(huán)境與巖性結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造與巖溶發(fā)育、風(fēng)化特征、水力特征以及物探特征五個(gè)方面構(gòu)建了一套相對系統(tǒng)的煤礦充水含水層富水性評價(jià)指標(biāo)體系�！俺练e環(huán)境與巖性結(jié)構(gòu)”包括沉積環(huán)境影響指數(shù)、砂泥(巖)比、卵礫石(巖)層厚度、卵礫石(巖)層層數(shù)以及含水層厚度五個(gè)指標(biāo)。用沉積環(huán)境影響指數(shù)這一指標(biāo)刻畫了沉積(微)相類型及分布對含(隔)水層在平面和剖面的空間展布規(guī)律與充水含水層富水性分布規(guī)律的影響。其余四個(gè)指標(biāo)是地下水賦存最直接的控制因素,決定了含水層賦存空間的大小和水力聯(lián)系的強(qiáng)弱�！暗刭|(zhì)構(gòu)造與巖溶發(fā)育”包括斷層分布、褶皺軸影響帶、構(gòu)造分維指數(shù)、鉆孔線溶率與鉆孔遇洞率五個(gè)指標(biāo),引入的構(gòu)造分維指數(shù)更能準(zhǔn)確的刻畫出構(gòu)造對周邊富水性的控制作用。“風(fēng)化特征”包括風(fēng)化影響指數(shù)和巖性組合指數(shù)兩個(gè)指標(biāo),其中風(fēng)化影響指數(shù)通過將風(fēng)化基巖厚度和風(fēng)化強(qiáng)弱程度相結(jié)合來綜合刻畫風(fēng)化基巖對含水層富水性的影響;巖性組合指數(shù)通過將風(fēng)化基巖的巖性與巖性組合相結(jié)合來綜合刻畫風(fēng)化基巖對含水層富水性的影響。“水力特征”包括單位涌水量、滲透系數(shù)、沖洗液消耗量以及巖芯采取率四個(gè)指標(biāo)�！拔锾教卣鳌卑锾礁凰惓Ｖ笖�(shù)和測井富水異常指數(shù)兩個(gè)指標(biāo),這兩個(gè)指標(biāo)能較為準(zhǔn)確的反映研究區(qū)域的富水性分布,在富水性分區(qū)評價(jià)中有效彌補(bǔ)了地質(zhì)與水文地質(zhì)鉆孔之間區(qū)域資料的空白,減少數(shù)據(jù)插值的誤差。(2)利用沉積(微)相類型及分布從成因上分析了含(隔)水層在平面和剖面的空間展布規(guī)律與充水含水層富水性分布規(guī)律。通過對檸條塔礦直羅組地層沉積環(huán)境與層序地層特征的研究,對多相變、多旋回的直羅組沉積地層進(jìn)行了系統(tǒng)劃分,直羅組下段以辮狀河三角洲沉積為主,該段砂體厚度較大、連通性較好、空間展布較穩(wěn)定,為地下水的賦存和徑流提供了有利空間。直羅組上段以曲流河沉積為主,主要發(fā)育泛濫平原沉積,夾小型河道砂體,砂體呈孤立狀,盡管部分砂體具有一定的厚度,使其具有一定的儲(chǔ)水空間,但是連通性較差,不利于地下水的存儲(chǔ)和徑流。(3)通過建立沉積(微)相展布規(guī)律與PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耦合模型,對基巖裂隙含水層富水性分區(qū)進(jìn)行了新的評價(jià)。以檸條塔礦直羅組砂巖裂隙含水層為例,在缺少水文地質(zhì)鉆孔的條件下,構(gòu)建含有沉積環(huán)境影響指數(shù)、風(fēng)化程度指數(shù)、含水層厚度以及巖芯采取率四個(gè)指標(biāo)的評價(jià)體系,采用能同時(shí)考慮多種因素,并能處理模糊信息問題的PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對直羅組裂隙含水層富水性分區(qū)進(jìn)行評價(jià),并與傳統(tǒng)的富水性評價(jià)方法進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:該方法能很好實(shí)現(xiàn)對直羅組砂巖裂隙含水層的富水性分區(qū),與實(shí)際情況較為吻合,可為缺少水文地質(zhì)試驗(yàn)礦井地區(qū)的基巖裂隙含水層富水性評價(jià)提供參考。(4)通過建立巖性結(jié)構(gòu)與多指標(biāo)綜合未確知測度理論的耦合模型,對松散孔隙含水層富水性分區(qū)進(jìn)行了新的評價(jià)。以單侯礦第四系下部松散孔隙含水層為例,針對研究區(qū)第四系下部松散含水層的巖性結(jié)構(gòu)和沉積特征,在缺少水文地質(zhì)鉆孔的條件下,構(gòu)建含有砂泥比、卵礫石層厚度、卵礫石層層數(shù)以及含水層厚度四個(gè)指標(biāo)的評價(jià)體系,采用能處理影響因素模糊性和不確定性的多指標(biāo)綜合未確知測度模型對松散孔隙含水層富水性分區(qū)進(jìn)行評價(jià),并與傳統(tǒng)的富水性評價(jià)方法進(jìn)行對比分析,進(jìn)而通過松散含水層富水性分區(qū)確定淺部煤層水體下安全煤巖柱留設(shè)類型與高度。結(jié)果表明:該方法能很好實(shí)現(xiàn)對松散孔隙含水層的富水性分區(qū),與實(shí)際情況較為吻合,可為缺少水文地質(zhì)試驗(yàn)礦井地區(qū)的松散孔隙含水層富水性評價(jià)提供參考。(5)根據(jù)提出的一種基于分區(qū)變權(quán)理論的權(quán)重確定方法,對碳酸鹽巖巖溶含水層富水性分區(qū)進(jìn)行了新的評價(jià)。為解決傳統(tǒng)用于含水層富水性分區(qū)評價(jià)的常權(quán)模型不能有效反映各指標(biāo)內(nèi)部差異性問題,提出了一種基于分區(qū)變權(quán)理論的碳酸鹽巖巖溶含水層富水性分區(qū)評價(jià)方法。以單侯礦奧灰?guī)r溶含水層為例,在水文地質(zhì)鉆孔較少,不能有效反映整個(gè)研究區(qū)富水性分布情況下,構(gòu)建含有斷層分布、斷層分維指數(shù)、物探富水異常指數(shù)、單位涌水量以及滲透系數(shù)五個(gè)主控因素在內(nèi)的評價(jià)體系,采用分區(qū)變權(quán)理論中的分段強(qiáng)激勵(lì)—懲罰型變權(quán)模型對其進(jìn)行新的評價(jià),并與傳統(tǒng)的富水性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明:該方法使得評價(jià)結(jié)果更具有離散性,更為容易劃分等級,在一定程度上克服了常權(quán)模型在權(quán)重分配中的缺陷,有效地提高了煤層底板奧灰?guī)r溶含水層富水性評價(jià)的精度。(6)在合理概化奧灰含水層水文地質(zhì)概念模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合礦井的生產(chǎn)銜接計(jì)劃,對復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井奧灰含水層的疏降水量進(jìn)行了動(dòng)態(tài)預(yù)測。針對復(fù)雜水文地質(zhì)條件下概念模型的邊界條件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以概化問題,以單侯礦奧灰?guī)r溶含水層為例,通過對研究區(qū)的抽(放)水試驗(yàn)、礦區(qū)地質(zhì)剖面以及礦井突水等水文地質(zhì)資料的綜合分析,建立了區(qū)域性自然邊界模型,合理概化了礦區(qū)邊界條件的水力性質(zhì)與含水層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性特征。再利用識別校準(zhǔn)后的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合礦井工作面的生產(chǎn)銜接計(jì)劃,通過不斷調(diào)整各階段虛擬疏放孔的水量和位置,從而分階段預(yù)測出礦井奧灰含水層的動(dòng)態(tài)疏降水量。該種方法相對勘探階段采區(qū)整體疏降預(yù)測而言,一定程度上提高了疏降水量預(yù)測的精度與實(shí)用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD745.2;P641.461

【參考文獻(xiàn)】

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