大水礦山地下水致災(zāi)機(jī)理及防治研究.pdf

1、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)場數(shù)據(jù)收集和調(diào)查，采用現(xiàn)場試驗(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

2、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

3、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，簡稱因外部壓力超過系統(tǒng)承受能力致災(zāi)

4、;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)

5、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)

6、境系統(tǒng)失效致災(zāi)災(zāi)害空間分布預(yù)測方法，結(jié)合實(shí)例大水礦山進(jìn)行了預(yù)測，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

7、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