【摘要】：根據(jù)勘探資料顯示,淮南煤田的中東部井田存在地溫異�，F(xiàn)象,生產(chǎn)礦井熱害問題較為嚴重。本文以淮南煤田的潘三井田為研究對象,通過室內(nèi)實驗、理論分析和數(shù)值模擬等方法,系統(tǒng)分析研究區(qū)內(nèi)地下水運移對地溫場的影響,力圖為井田熱害治理提供參考依據(jù)。文中首先對區(qū)域及井田的溫度場分布規(guī)律進行了系統(tǒng)分析,其次開展了井田含水層的水化學(xué)特征研究,然后建立了地下水水平運移和垂直運移的數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)出解析解。依據(jù)地下水運移的對流-傳熱方程,分析了地下水平面流動和垂直運移對礦井地溫場的影響。最后根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,借助FLAC軟件,進行A組煤采動條件下底板突水時的溫度響應(yīng)特征數(shù)值模擬分析。通過以上研究,本文得出以下主要結(jié)論：(1)潘三礦井地溫梯度的平均值為3.08℃/hm,大地熱流平均值為73.14mW/m2大部分地區(qū)屬于地溫正異常區(qū),垂向上礦井的地溫分布是以熱傳導(dǎo)為主的,部分地段存在對流-傳熱現(xiàn)象。(2)研究區(qū)地下水的水化學(xué)類型以Cl-Na+K型為主,主要補給來源為大氣降水,礦井處于封閉～半封閉性的水文地質(zhì)環(huán)境中,且灰?guī)r水的溶蝕性小。在高溫異常區(qū),地下水(煤系水和巖溶水)中的礦化度和Ca2+、Na+、SO42-、Cl-的濃度與溫度具有一定的正相關(guān)關(guān)系。(3)建立了地下水水平運移時多孔介質(zhì)溫度場的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)方程的解析解對淮南礦區(qū)地下水水平運移的熱效應(yīng)進行分析,得出區(qū)內(nèi)地下水平面流動對地溫場的影響較為明顯,表現(xiàn)在地下水從西部流向中東部的過程中,水體不斷吸收圍巖的熱量,水溫逐漸增高。(4)分別建立了大面積緩慢垂直滲流和快速垂直滲流時圍巖的溫度分布方程。針對大面積緩慢垂直滲流的情況,建立了由n-1層傳導(dǎo)型和1層傳導(dǎo)-對流型溫度場控制模型,推導(dǎo)出了其解析解,并給出了潘三礦地溫場受地下水垂直運移影響較為明顯的地段,為十四西9孔和13-14E-1孔附近。(5)流體做快速垂直滲流時,可忽略熱傳導(dǎo)作用,推導(dǎo)出熱傳遞方程并給出解析解。以灰?guī)r抽水鉆孔為例,依據(jù)抽水鉆孔井口實測水溫計算出了灰?guī)r熱儲溫度。(6)A組煤開采底板突水時的溫度響應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果顯示：隨著采空區(qū)范圍不斷擴大,在其左右兩端出現(xiàn)應(yīng)力集中,采空區(qū)頂?shù)装鍎t表現(xiàn)為應(yīng)力釋放；突水前含水層的水壓分布基本不受采動影響,工作面附近圍巖中的熱量傳遞以熱傳導(dǎo)為主。發(fā)生突水事故時,底板巖層破壞帶處的滲透系數(shù)最大值是原始值的50倍；底部熱水沿采動裂隙涌入工作面,工作面溫度由20℃升高到50℃。(7)從數(shù)值模擬結(jié)果可知,當熱水沿底板裂隙滲入工作面,底板巖體出現(xiàn)溫度升高的異常現(xiàn)象。所以在煤礦開采過程中對底板巖體溫度進行監(jiān)測,對突水預(yù)報具有一定的可行性。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P314

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本文編號：2650704