题名: | 白垩系富水砂岩层钻孔放水试验及涌水量预测研究 |
作者: | |
学号: | 20204053014 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
语种: | chi |
学科代码: | 081401 |
学科: | 工学 - 土木工程 - 岩土工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位: | 工学硕士 |
学位年度: | 2023 |
学校: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 矿井水害防治 |
导师姓名: | |
导师单位: | |
提交日期: | 2023-06-20 |
答辩日期: | 2023-06-12 |
外文题名: | Study on drilling water discharge test and water inflow prediction of Cretaceous water-rich sandstone layer |
关键词: | |
外文关键词: | Water-rich sandstone layer ; Water discharge test ; Water inflow prediction ; Theoretical analysis ; Similar simulation ; Field test. |
摘要: |
我国煤炭资源受制于地质开采条件,安全生产形势严峻,其中矿井水害问题严重。随着下组煤的开采,白垩系砂岩含水层是专家们突水水源的重点考察对象。然而在当前矿床水文地质的研究工作中,矿井涌水评价研究较为薄弱,如何精准、便捷的通过放水试验计算水文地质参数是业界广泛关注的技术难点。本文针对白垩系富水砂岩层钻孔放水机理与涌水量预测进行研究,以某煤矿揭露的白垩系富水砂岩层为研究对象,采用理论分析、物理试验与现场试验以进行深入研究,为某煤矿钻孔放水防治技术提供了重要的科学参考,取得的主要结论如下: (1)基于地下水渗流理论,分别建立了群井系统、越流系统以及群井越流系统放水试验理论力学模型,通过叠加原理,引入Hantush变换和Laplace变换,将承压完整井理论进行了扩展,并推导得出了群井、越流以及群井越流系统的流量公式。将流量公式运用到某煤矿,预测了白垩系洛河-宜君组富水砂岩层在单孔稳定流完整井放水过程中涌水量大小。 (2)采用自主研发的试验平台,配合不同粒径的均质骨料等试验材料,基于相似原理与对称性原理,对不同渗透系数、放水孔数和钻孔通径的砂岩层进行了放水物理模拟试验,运用流量、动态水压、热成像与应力监测等技术对试验进行了实时观察,最终通过对监测结果的分析,得到了放水过程的主要参数,揭示了钻孔放水机理。 (3)在彬长某煤矿4号煤工作面进风巷进行现场单孔与双孔放水试验测试,通过观测地下水水位,得到了白垩系砂岩层涌水量随放水孔数与时间的变化规律。并通过解析法与配线法对水文地质参数进行了求解,结合现场实际情况,给出了洛河-宜君富水砂岩层突水涌水量的主要影响因素,为类似防治水领域提供了重要的科学参考。 |
外文摘要: |
China 's coal resources are subject to geological mining conditions, the safety production situation is severe, and the problem of mine water disaster is serious. With the mining of the lower group of coal, the Cretaceous sandstone aquifer is the focus of the experts ' water inrush source. However, in the current research work of deposit hydrogeology, the research on mine water inflow evaluation is relatively weak. How to accurately and conveniently calculate hydrogeological parameters through water discharge test is a technical difficulty widely concerned by the industry. In this paper, the mechanism of borehole drainage and the prediction of water inflow in the Cretaceous water-rich sandstone layer are studied. The Cretaceous water-rich sandstone layer exposed by a coal mine is taken as the research object, and theoretical analysis, physical test and field test are used for in-depth research. It provides an important scientific reference for the prevention and control technology of borehole drainage in a coal mine. The main conclusions are as follows : (1)Based on the theory of groundwater seepage, the theoretical mechanical models of group well system, overflow system and overflow system are established respectively. Through the superposition principle, Hantush transform and Laplace transform are introduced to extend the theory of confined complete well, and the flow formulas of group well, overflow system and overflow system are derived. The flow formula is applied to Wenjiapo Coal Mine, and the water inflow of the water-rich sandstone layer of the Cretaceous Luohe-Yijun Formation in the process of single-hole steady flow complete well drainage is predicted. (2)Based on the self-developed test platform and the test materials such as homogeneous aggregates with different particle sizes, based on the principle of similarity and symmetry, the physical simulation test of water discharge is carried out in sandstone layers with different permeability coefficients, water discharge holes and borehole diameters. The flow, dynamic water pressure, thermal imaging and stress monitoring techniques were used to observe the test in real time. Finally, through the analysis of the monitoring results, the main influencing parameters of the water discharge process were obtained, and the mechanism of the water discharge was revealed. (3) Field single-hole and double-hole drainage tests were carried out in the intake airway of No.4 coal face of a coal mine in Binchang. By observing the groundwater level, the variation law of water inflow in Cretaceous sandstone layer with the number and time of drainage holes was obtained. The hydrogeological parameters are solved by analytical method and wiring method. Combined with the actual situation on site, the main influencing factors of water inrush and water inflow in Luohe-Yijun water-rich sandstone layer are given, which provides an important scientific reference for similar water prevention and control fields. |
参考文献: |
[1]李雪静. 世界能源格局调整与炼油工业发展动向[J]. 石化技术与应用, 2021, 33(1):1-9. [2]中国煤炭工业协会. 2019煤炭行业发展年度报告[R]. 北京:中国煤炭工业协会, 2020. [3]国家统计局. 中国统计年鉴[J]. 北京:中国统计出版社, 2022. [5]范莲菊, 李振栓, 武胜忠, 等. 地下水动力学[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2001. 6. [6]陈崇希. 地下水不稳定井流计算方法[M]. 北京: 地质出版社, 2003. [7]郭东屏, 宋焱勋, 钱会, 等. 地下水动力学[M]. 西安: 陕西科学技术出版社, 1994. [14]武强, 崔芳鹏, 赵苏启, 等. 矿井水害类型划分及主要特征分析[J]. 煤炭学报, 2013, 38(04):561-565. [15]段乃金. 解析法求潜水含水层水文地质参数的对比研究[D]. 长安大学, 2010. [16]李培月. 非稳定流抽水试验确定越流承压含水层水文地质参数方法对比研究[D]. 长安大学, 2021. [17]肖长来, 梁秀娟, 崔建铭, 等. 确定含水层参数的全程曲线拟合法[J]. 吉林大学学报(地球科学版):2015, 35(6) :751-755. [18]李守臣, 上官子昌, 刘迎曦, 于贺. 地下水渗流模型参数识别的模拟退火法[J]. 岩土力学与工程学报, 2005, 24(增1) :5032-5036. [19]卢晓燕, 张瑞莲, 张玉, 施鑫源. 单纯形搜索法在求解水文地质参数中的应用[J]. 水文, 2020, 20(4) :41-43, 65. [20]黄浩. 基于沉积分析的顶板疏放水技术研究[J]. 西部探矿工程, 2018, 30(08):117-119. [22]董艳辉, 李国敏, 郭永海, 等. 应用并行PEST算法优化地下水模型参数[J]. 工程地质学报, 2019, 18(1) :140-144. [23]陈实, 董书宁, 李竞生, 等. 煤矿工作面顶板倾斜钻孔疏放水井流计算方法[J]. 煤炭学报, 2016, 41(06):1517-1523. [24]陈崇希. 岩溶管道-裂隙-空隙三重空隙介质地下水流模型及模拟方法研究[J]. 地球科学, 2015, 20(4):361-366. [25]陈崇希, 万军伟. “渗流-管流耦合模型”的物理模拟及其数值模拟[J]. 水文地质工程地质, 2020, (1):1-8. [26]陈崇希, 万军伟. 地下水水平井流的模型及数值模拟方法-考虑井管内不同流态[J]. 地球科学, 2020, 27(2):135-140. [27]成建梅, 陈崇希. 广西北山岩溶管道-裂隙-孔隙地下水流数值模拟初探[J]. 水文地质工程地质, 1994, (4):50-54. [28]陈崇希, 胡立堂. 渗流管流耦合模型及其应用综述[J]. 水文地质工程地质, 2018, (3):70-74. [37]刘基. 改进渗流井计算模型及其应用[D]. 西安:长安大学, 2021. [38]陈枭萌, 杨海瑞, 王玮, 等. 盘塘水源地渗流井取水方式下地下水允许开采量计算[J]. 水土保持通报, 2014, 34(03):190-194. [39]陈鹏, 王玮. 辐射井取水方式数值模拟方法[J]. 人民黄河, 2013, 35(04):48-50. [40]虎维岳. 矿山水害防治理论与方法[M]. 北京:煤炭工业出版社, 2005. [41]虎维岳, 闫丽. 对矿井涌水量预测问题的分析与思考[J]. 煤炭科学技术, 2016, 44(1):18-38. [42]黄欢. 矿井涌水量预测方法及发展趋势[J]. 煤炭科学技术, 2016, 44(S1):127-130. [43]乔美英, 程鹏飞, 刘震震. 基于GA-SVM的矿井涌水量预测[J]. 煤田地质与勘探, 2017, 45(06):117-124. [44]黄欢, 刘其声, 姬亚东. 基于R/S分析法的等维灰数递补动态GM(1, 1)模型预测矿井涌水量[J]. 煤田地质与勘探, 2016, 44(06):92-95+100. [45]王雪冬, 董慧. 基于广义回归神经网络的矿井涌水量预测[J]. 中国安全生产科学技术, 2014, 10(11):90-93. [46]徐龙, 葛晓光. 水文地质比拟法的系统处理模型[J]. 煤炭学报, 1995(04):346-350. [47]张兴君, 周涛, 周康辉. 诸宗煤矿矿井涌水量预测[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2021, 30(S1):634-638. [48]华解明. 矿井涌水量计算的非稳定流解析法[J]. 中国煤炭地质, 2010, 22(10):38-40. [49]范大明, 余璨. 滇西金顶铅锌矿跑马坪矿段水文地质条件及涌水量预测[J]. 河北地质大学学报, 2017, 40(06):28-33. [50]张保建. 基于VisualModflow的台格庙勘查区矿井涌水量预测[J]. 煤炭科学技术, 2015, 43(S1):146-149+174. [51]王德潜, 刘方, 侯光才, 等. 鄂尔多斯盆地地下水勘查[J]. 西北地质, 2022, 35(4):167-174. [52]侯光才, 张茂省. 鄂尔多斯盆地地下水勘查研究[M], 北京:地质出版社, 2008. [53]侯光才, 林学钰, 苏小四, 等. 鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2006, 36(3):391-398. [54]魏斌, 张忠义, 杨友运, 等. 鄂尔多斯盆地白垩系洛河组至环河华池组沉积相特征研究[J]. 地层学杂志, 2006, 30(4):367-372. [55]于波, 张忠义, 刘显阳, 等. 鄂尔多斯盆地白垩系洛河组至环河华池组砂体展布规律研究[J]. 地层学杂志, 2018, 32(3):285-289. [56]侯光才. 鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统及其水循环模型研究[D]. 吉林:吉林大学, 2008. [57]侯光才, 张茂省, 王永和, 等. 鄂尔多斯盆地地下水资源与开发利用[J]. 西北地质, 2007, 40(1):7-34. [58]谢渊, 王剑, 江新胜, 等. 鄂尔多斯盆地白垩系沙漠相沉积特征及其水文地质意义[J]. 沉积学报, 2005, 23(1):73-83. [59]杨友运, 常文静, 侯光才, 等. 鄂尔多斯白垩系自流水盆地水文地质特征与岩相古地理[J]. 沉积学报, 2006, 24(3):387-393. [60]]杨友运, 张英利, 侯光才. 鄂尔多斯白垩系自流水盆地沉积特征、岩性分布与盆地演化规律[J]. 地球学报, 2021, 29(4):405-413. [61]张忠义. 鄂尔多斯盆地白垩系洛河组-环河华池组沉积特征研究[D]. 西安:长安大学, 2015. [62]李云峰, 冯建国, 王玮, 等. 鄂尔多斯盆地白垩系含水层系统分析[J]. 西北地质, 2022 37(1):90-96. [63]黄阳, 吕广罗, 康卫东, 等. 陕西正通煤业有限责任公司高家堡煤矿 401、402 盘区水文地质补充勘探报告[R]. 西安:陕西省煤田地质局一八六队, 2010. [64]国家煤矿安全监察局. 煤矿防治水细则[M]. 北京:煤炭工业出版社, 2018. [65]武强, 赵苏启, 董书宁, 等. 煤矿防治水手册[M]. 北京:煤炭工业出版社, 2013. [66]虎维岳. 矿山水害防治理论与方法[M]. 北京:煤炭工业出版社, 2005. [67]刘英锋, 李超峰. 陕西彬长胡家河矿业有限公司矿井首采区水文地质补充勘探报告[R]. 西安:中煤科工集团西安研究院有限公司, 2014. [68]李超峰. 高家堡矿井首采区白垩系含水层精细探查研究成果报告[R]. 西安:中煤科工集团西安研究院有限公司, 2015. [69]李超峰. 黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征[J]. 煤田地质与勘探, 2019, 47(2):129-136. |
中图分类号: | TD742 |
开放日期: | 2026-06-19 |