基于Visual Modflow的矿坑涌水量模拟预测评价.pdf

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1、2012年4月矿业安全与环保第39卷第2期基于VisualModflow的矿坑涌水量模拟预测评价宋颖霞，张耀文，曾一凡(1．中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083；2．防灾科技学院，北京101601)摘要：白涧铁矿是河北邯邢地区典型受“大水”威胁的深部矿体，在详细分析该区域矿床水文地质条件的基础上，运用VisualModflow软件对该区域地下水流进行了数值模拟分析，模型的识别与检验表明，所建立的模型能够较好地反映区域水文地质条件。应用识别后的模型预测了白涧铁矿涌水量，并分析了白涧疏水后对区域环

2、境的影响。关键词：矿井涌水量；VisualModflow；数值模拟；预测中图分类号：TD742文献：际志码：B文章编号：1008—4495(2012)02—0025—03目前，基坑涌水量的预测大多应用Visual据以往地质、水文地质资料及最新勘探资料，将计算Modflow⋯软件建立矿区范围的数值模型，边界条件区范围向外扩展，边界类型确定为不同性质的流量一般人为给定。本次模拟从区域水文地质条件出边界，西北部边界：为各灰岩含水层隐伏露头，主要发，建立区域水文地质数值模型，对白涧矿区进行分由冰川沉积黏土、冰碛砾；百层以及黄

3、土等组成，阻隔水平疏排水，预测一200m水平和一400lTt_水平的涌了大气降水对下部含水层的补给，设为隔水边界；东水量，并对区域水位的影响进行分析。北部边界：地下水从王窑矿区经白涧、中关、西郝庄最终流向百泉，为研究区的排泄边界；东南部边界：1模拟区概况区内东南有大的侵入岩体，结合地下水渗流场特征，模拟区属太行山脉与华北平原间的山前丘陵地设为隔水边界；西南边界：是西石门一王窑一白带，地形起伏不大，西北地势稍高，东南低缓。矿区涧一中关岩溶地下水强径流带上的补给区，且区域范围内无大的地表水体，只有几条小河沟，平时无外有马

4、会河流过，因此设为补给边界(见图1)。水，仅在雨季有短暂水流。区内广为第四系沉积物所覆盖，本区出露地层由老至新：奥陶系中统马家沟／’、N组、磁县组和峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原．．／、／组，二叠系下统山西组、下石盒子组和第四系。凰r’亳尊声●白涧矿体主要赋存于中关一白涧背斜的东西两—～翼岩浆岩与中奥陶统灰岩接触带上，以及接触带附；#--．_．}关，／I立西郝庄／．T-LJ、1、近300m范围内的灰岩层间。根据矿体赋存位置，可大致分为2个矿体(或矿体群)：赋存于中奥陶统}．r涧工]／·7‘例灰岩层间的为I矿体(一

5、362．O0—一847．90m)，赋存西石门!／一一曰}一E}边界，-

6、于岩浆岩与中奥陶统灰岩接触带上的为Ⅱ矿体一+_补隔澧囊●—■哼虽；jfL焉，(一480～一900m)。20249000202550002O2610002水文地质概念模型图1模拟区边界类型图2．1计算区域的确定及边界条件的概化2．2水文地质结构的概化白涧矿区的边界是人为划定的矿区边界，为非矿区主要含水层有第四系、煤系含水层和奥陶自然边界，不宜作为数值模拟的计算区边界。根系中统石灰岩含水层，其中第四系及煤系含水层含水量小且有较厚的隔水层，对矿床充水影

7、响不大。收稿日期：2011—09—21；2012—02—06修订矿床充水岩层主要为直接顶板含水层——中奥陶统作者简介：宋颖霞(1983一)，女，山西大同人，博士研究石灰岩岩溶水。其含水层特点如下：多处被侵入体生，研究方向为矿井水文地质。E-mail：38263754@qq．13om。穿插分割，侵入位置和范围多变，使得含水层岩性、．25．2012年4月矿业安全与环保第39卷第2期厚度、赋存状态、充填程度不同，造成透水性、富水性在垂向上和平面上极不均匀。但就整个研究区而言，奥灰灰岩含水层具有统一的地下水流场。因此，将研究

8、区地下水系统概化为非均质各向异性三维非稳定地下水流系统，不考虑降水入渗、蒸发和河流渗漏补给，在局部地段受断层影响。3三维渗流数学模型及模型建立3．1三维渗流数学模型()+~O(KOH)+()+W：rySaH图2水文地质参数分区图a￡生产矿井排水，将这种排泄方式概化为抽水井，各生(，Y，)∈，t>0产矿井的排水量见表1。H(，Y，Z，t)l：0=Ho(，Y，)H(，Y，z，t)l()Bl=H1(，y，，t)表1研究区域各生产矿井排水情况，aH．，、¨)口2q(，Y，，￡J式中：H为含水层水位；为初始水位；日为各含水层边

9、界水位；，K分别为，Y，z方向的渗透系数；S为承压水储水系数；g为第2类边界上的单宽流量；W为源汇项；B，B分别为水头边界、流量边界；为渗流区域；t为时间。。J。3．2模型的建立3．2．1计算区域剖分(空间离散)根据VisualModflow4．2的要求，采用等间距有限差分的离散方法对含水介质进行自动剖分，网格4模型识别与验证单元为lOOxlO