淮南张集煤矿灰岩含水层数值模拟及涌水量预测
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[ 基金项目] 国家自然科学基金项目( 编号:４１５７２１４７) 资助ꎮ
[ 第一作者] 许成成(１９９４ 年 － ) ꎬ女ꎬ在读硕士研究生ꎬ从事水文地质与水资源方面的研究ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:１６４７２０３０４７＠ ｑｑ. ｃｏｍꎮ
１４９１
２０１９ 年
地质与勘探
于 １００ｍꎬ５０ｍ ~ １００ｍ 的 １ 条ꎬ２０ｍ ~ ５０ｍ 的 １２ 条ꎬ５ｍ
算水文地质参数ꎬ预计灰岩疏水量ꎬ并利用数值模拟参数分别模拟计算了 － ５３６ ｍ、 － ５６５ ｍ 水平、 － ５６６ ｍ
水平的安全开采下的疏放量ꎮ 此次计算结果为张集煤矿采煤过程中灰岩水的防治提供了一定借鉴ꎮ
[ 关键词] 多阶段放水试验 灰岩含水层 数值模拟 涌水量预报 张集煤矿
[ 中图分类号] ＴＤ７４５. ２１ [ 文献标识码] Ａ [ 文章编号]０４９５ － ５３３１(２０１９)０６ － ０９
处于阜 － 凤推覆体下盘ꎬ矿区受一定程度的构造作
具有十分重大意义( 武强等ꎬ２０００ꎬ２０１６) ꎻ对于煤层
几乎覆盖全区ꎬ下部发育灰岩煤系地层( 韩堂惠等ꎬ
“ 三图 － 双预测法” 的提出对煤层顶板防治水工作
用( 张泓等ꎬ２００３ꎻ桂和荣等ꎬ２００５ ) ꎬ新生界松散层
底板突水ꎬ很多学者就各研究矿区实测数据进行了
( 安徽理工大学地球与环境学院ꎬ安徽淮南 ２３２００１)
[ 摘 要] 为了正确评价淮南煤矿张集煤矿灰岩含水层对煤层开采的影响ꎬ探明详细的水文地质条
件ꎬ本文利用 － ５３６ ｍ 水平放水成果资料ꎬ利用 ＧＭＳ 建立了张集煤矿 Ｃ３Ⅰ组灰岩含水层水文地质模型及其
数值模型ꎬ经识别和验证后ꎬ获得了灰岩含水层水文地质参数ꎬ并结合“突水系数”ꎬ进行数值模拟分析ꎬ计
忠建等ꎬ２０１０ꎻ田广和王晓波ꎬ２０１４) ꎮ 相关学者、煤
矿开采工作者就煤矿开采含水层问题也做了一些研
究( Ｃｈｅｎ ａｎｄ Ｊｉａｎｇꎬ２０１０ꎻ Ｗｕ ａｎｄ Ｚｅｎｇꎬ２０１３ꎻ Ａｌｔｕｓ
ａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｉａｎꎬ２０１６) ꎬ总结了地下水数值模拟现有研
究方法的不足ꎬ为地下水数值模拟的发展提供了指
２０１１) ꎬ出露寒武系、奥陶系、石炭系及二叠系煤系
２０１４ꎻ赵雨晴等ꎬ２０１４ꎻＸｕｅ ｅｔ ａｌ. ꎬ２０１８) ꎮ 综合考虑
煤系地层中ꎬ研究区可开采的煤层有 １２ 层ꎬ厚度总计
地下水数值模拟计算 ( 李振华等ꎬ２００９ꎻ邵太升等ꎬ
矿井周边环境ꎬ地下水数值模拟的应用受到多方面
因素 限 制 ( 翟 远 征 等ꎬ ２０１０ꎻ 吴 雯 倩 和 靳 孟 贵ꎬ
２０１４) ꎬ因此数值模拟的广泛应用仍需进一步推广
地层等( 彭苏萍等ꎬ２００４) ꎮ 主要煤层分布在二叠系
约 ２７ｍꎬ其中主要的可采煤层平均总厚 １９ １０ｍꎮ 依
据现有勘探等资料ꎬ研究区共确定断层约 ７７８ 条ꎬ其
中正断层 ７５２ 条ꎬ逆断层 ２６ 条ꎻ９ 条较大断层落差大
[ 收稿日期]２０１８ － １１ － ３０ꎻ[ 改回日期]２０１９ － ０４ － ２２ꎻ[ 责任编辑] 陈伟军ꎮ
２００２ꎻ许光泉和沈慧珍ꎬ２００４ ) ꎬ 初期对水位、 水压、
基文和赵志根ꎬ２０１０ꎻ袁亮ꎬ２０１９) ꎬ而由于灰岩含水
( 李志有和赵大伟ꎬ２０１４) ꎬ对模拟区域进行了初步
究者关注( 崔荣国等ꎬ２０１８) ꎮ 资源利用可以分为水
中ꎬ煤矿资源利用是当今不可或缺的能源之一( 吴
层突水问题一直是煤矿开采安全的重要关注点( 李
３１ － 推断逆断层ꎻ３２ － 性质不明断层ꎻ３３ － 壳断层ꎻ３４ － 区域性断层ꎻ３５ － 隐伏或物探推断断层ꎻ３６ － 飞来峰构造ꎻ３７ － 实测逆冲断层ꎻ３８ － 实测
等ꎬ２０１６) ꎬ本文利用以往放水试验数据( 许光泉等ꎬ
水量分析ꎬ 最 后 利 用 数 值 模 拟 软 件 进 行 模 拟 计 算
的参数分 区ꎬ 为 矿 区 开 采 水 文 地 质 条 件 提 供 基 础
资料ꎮ
１ 研究区概况
１ １ 地质概况
张集煤矿属于华北煤田南缘的淮南潘谢矿区ꎬ
导方向( 薛禹群ꎬ２０１０) ꎬ对于煤层顶板突水的问题ꎬ
~ ２０ｍ 的 ２１０ 条ꎬ落差小于 ５ｍ 的 ５４６ 条(图 １)ꎮ
图 １ 张集煤矿水文地质概况
Ｆｉｇ. １ Ｇｅｎｅｒａｌ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｚｈａｎｇｊｉ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ
１ － 第四系ꎻ２ － 下草弯组ꎻ３ － 桂五组ꎻ４ － 新近系ꎻ５ － 界首组ꎻ６ － 双浮组ꎻ７ － 定远组ꎻ８ － 孙家沟组ꎻ９ － 上石盒子组ꎻ１０ － 下石盒子组ꎻ１１ － 山西
第 ５５ 卷 第 ６ 期
２０１９ 年 １１ 月
Ｖｏｌ. ５５ Ｎｏ. ６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒꎬ２０１９
地质与勘探
ＧＥＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
ｄｏｉ:１０. １２１３４ / ｊ. ｄｚｙｋｔ. ２０１９. ０６. ０１５
淮南张集煤矿灰岩含水层数值模拟及涌水量预测
许成成ꎬ许光泉ꎬ张海涛
组ꎻ１２ 太原组ꎻ１３ － 本溪组ꎻ１４ － 中奥陶统ꎻ１５ － 下奥陶统ꎻ１６ － 上寒武统ꎻ１７ － 中寒武统ꎻ１８ － 下寒武统ꎻ１９ － 震旦系ꎻ２０ － 淮南群ꎻ２１ － 八公山
群ꎻ２２ － 凤阳群ꎻ２３ － 五河群ꎻ２４ － 霍邱群ꎻ２５ － 混合花岗岩ꎻபைடு நூலகம்６ － 背斜轴ꎻ２７ － 向斜轴ꎻ２８ － 实测正断层ꎻ２９ － 推断正断层ꎻ３０ － 实测逆断层ꎻ
１４９１ － １４９９.
０ 引言
( 顾文龙等ꎬ２０１５) ꎮ 为了更加明确突水水源、各个
含水层之间的水力联系ꎬ评判工作面安全回采的最
随着经济的不断发展ꎬ能源利用问题日益受研
低可行度ꎬ并预计算工作面涌水量与时间( 李青元
能、风能、 矿 产 等 方 面 ( 闫 军 印 和 齐 阔ꎬ２０１８ ) ꎮ 其
Ｘｕ ＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇꎬＸｕ Ｇｕａｎｇｑｕａｎꎬ Ｚｈａｎｇ Ｈａｉｔａｏ. Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ａｑｕｉｆｅｒｓ ａｎｄ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｚｈａｎｇｊｉ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｏｆ Ｈｕａｉｎａｎ[ Ｊ] . Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ５５(６) :
[ 第一作者] 许成成(１９９４ 年 － ) ꎬ女ꎬ在读硕士研究生ꎬ从事水文地质与水资源方面的研究ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:１６４７２０３０４７＠ ｑｑ. ｃｏｍꎮ
１４９１
２０１９ 年
地质与勘探
于 １００ｍꎬ５０ｍ ~ １００ｍ 的 １ 条ꎬ２０ｍ ~ ５０ｍ 的 １２ 条ꎬ５ｍ
算水文地质参数ꎬ预计灰岩疏水量ꎬ并利用数值模拟参数分别模拟计算了 － ５３６ ｍ、 － ５６５ ｍ 水平、 － ５６６ ｍ
水平的安全开采下的疏放量ꎮ 此次计算结果为张集煤矿采煤过程中灰岩水的防治提供了一定借鉴ꎮ
[ 关键词] 多阶段放水试验 灰岩含水层 数值模拟 涌水量预报 张集煤矿
[ 中图分类号] ＴＤ７４５. ２１ [ 文献标识码] Ａ [ 文章编号]０４９５ － ５３３１(２０１９)０６ － ０９
处于阜 － 凤推覆体下盘ꎬ矿区受一定程度的构造作
具有十分重大意义( 武强等ꎬ２０００ꎬ２０１６) ꎻ对于煤层
几乎覆盖全区ꎬ下部发育灰岩煤系地层( 韩堂惠等ꎬ
“ 三图 － 双预测法” 的提出对煤层顶板防治水工作
用( 张泓等ꎬ２００３ꎻ桂和荣等ꎬ２００５ ) ꎬ新生界松散层
底板突水ꎬ很多学者就各研究矿区实测数据进行了
( 安徽理工大学地球与环境学院ꎬ安徽淮南 ２３２００１)
[ 摘 要] 为了正确评价淮南煤矿张集煤矿灰岩含水层对煤层开采的影响ꎬ探明详细的水文地质条
件ꎬ本文利用 － ５３６ ｍ 水平放水成果资料ꎬ利用 ＧＭＳ 建立了张集煤矿 Ｃ３Ⅰ组灰岩含水层水文地质模型及其
数值模型ꎬ经识别和验证后ꎬ获得了灰岩含水层水文地质参数ꎬ并结合“突水系数”ꎬ进行数值模拟分析ꎬ计
忠建等ꎬ２０１０ꎻ田广和王晓波ꎬ２０１４) ꎮ 相关学者、煤
矿开采工作者就煤矿开采含水层问题也做了一些研
究( Ｃｈｅｎ ａｎｄ Ｊｉａｎｇꎬ２０１０ꎻ Ｗｕ ａｎｄ Ｚｅｎｇꎬ２０１３ꎻ Ａｌｔｕｓ
ａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｉａｎꎬ２０１６) ꎬ总结了地下水数值模拟现有研
究方法的不足ꎬ为地下水数值模拟的发展提供了指
２０１１) ꎬ出露寒武系、奥陶系、石炭系及二叠系煤系
２０１４ꎻ赵雨晴等ꎬ２０１４ꎻＸｕｅ ｅｔ ａｌ. ꎬ２０１８) ꎮ 综合考虑
煤系地层中ꎬ研究区可开采的煤层有 １２ 层ꎬ厚度总计
地下水数值模拟计算 ( 李振华等ꎬ２００９ꎻ邵太升等ꎬ
矿井周边环境ꎬ地下水数值模拟的应用受到多方面
因素 限 制 ( 翟 远 征 等ꎬ ２０１０ꎻ 吴 雯 倩 和 靳 孟 贵ꎬ
２０１４) ꎬ因此数值模拟的广泛应用仍需进一步推广
地层等( 彭苏萍等ꎬ２００４) ꎮ 主要煤层分布在二叠系
约 ２７ｍꎬ其中主要的可采煤层平均总厚 １９ １０ｍꎮ 依
据现有勘探等资料ꎬ研究区共确定断层约 ７７８ 条ꎬ其
中正断层 ７５２ 条ꎬ逆断层 ２６ 条ꎻ９ 条较大断层落差大
[ 收稿日期]２０１８ － １１ － ３０ꎻ[ 改回日期]２０１９ － ０４ － ２２ꎻ[ 责任编辑] 陈伟军ꎮ
２００２ꎻ许光泉和沈慧珍ꎬ２００４ ) ꎬ 初期对水位、 水压、
基文和赵志根ꎬ２０１０ꎻ袁亮ꎬ２０１９) ꎬ而由于灰岩含水
( 李志有和赵大伟ꎬ２０１４) ꎬ对模拟区域进行了初步
究者关注( 崔荣国等ꎬ２０１８) ꎮ 资源利用可以分为水
中ꎬ煤矿资源利用是当今不可或缺的能源之一( 吴
层突水问题一直是煤矿开采安全的重要关注点( 李
３１ － 推断逆断层ꎻ３２ － 性质不明断层ꎻ３３ － 壳断层ꎻ３４ － 区域性断层ꎻ３５ － 隐伏或物探推断断层ꎻ３６ － 飞来峰构造ꎻ３７ － 实测逆冲断层ꎻ３８ － 实测
等ꎬ２０１６) ꎬ本文利用以往放水试验数据( 许光泉等ꎬ
水量分析ꎬ 最 后 利 用 数 值 模 拟 软 件 进 行 模 拟 计 算
的参数分 区ꎬ 为 矿 区 开 采 水 文 地 质 条 件 提 供 基 础
资料ꎮ
１ 研究区概况
１ １ 地质概况
张集煤矿属于华北煤田南缘的淮南潘谢矿区ꎬ
导方向( 薛禹群ꎬ２０１０) ꎬ对于煤层顶板突水的问题ꎬ
~ ２０ｍ 的 ２１０ 条ꎬ落差小于 ５ｍ 的 ５４６ 条(图 １)ꎮ
图 １ 张集煤矿水文地质概况
Ｆｉｇ. １ Ｇｅｎｅｒａｌ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｚｈａｎｇｊｉ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ
１ － 第四系ꎻ２ － 下草弯组ꎻ３ － 桂五组ꎻ４ － 新近系ꎻ５ － 界首组ꎻ６ － 双浮组ꎻ７ － 定远组ꎻ８ － 孙家沟组ꎻ９ － 上石盒子组ꎻ１０ － 下石盒子组ꎻ１１ － 山西
第 ５５ 卷 第 ６ 期
２０１９ 年 １１ 月
Ｖｏｌ. ５５ Ｎｏ. ６
Ｎｏｖｅｍｂｅｒꎬ２０１９
地质与勘探
ＧＥＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
ｄｏｉ:１０. １２１３４ / ｊ. ｄｚｙｋｔ. ２０１９. ０６. ０１５
淮南张集煤矿灰岩含水层数值模拟及涌水量预测
许成成ꎬ许光泉ꎬ张海涛
组ꎻ１２ 太原组ꎻ１３ － 本溪组ꎻ１４ － 中奥陶统ꎻ１５ － 下奥陶统ꎻ１６ － 上寒武统ꎻ１７ － 中寒武统ꎻ１８ － 下寒武统ꎻ１９ － 震旦系ꎻ２０ － 淮南群ꎻ２１ － 八公山
群ꎻ２２ － 凤阳群ꎻ２３ － 五河群ꎻ２４ － 霍邱群ꎻ２５ － 混合花岗岩ꎻபைடு நூலகம்６ － 背斜轴ꎻ２７ － 向斜轴ꎻ２８ － 实测正断层ꎻ２９ － 推断正断层ꎻ３０ － 实测逆断层ꎻ
１４９１ － １４９９.
０ 引言
( 顾文龙等ꎬ２０１５) ꎮ 为了更加明确突水水源、各个
含水层之间的水力联系ꎬ评判工作面安全回采的最
随着经济的不断发展ꎬ能源利用问题日益受研
低可行度ꎬ并预计算工作面涌水量与时间( 李青元
能、风能、 矿 产 等 方 面 ( 闫 军 印 和 齐 阔ꎬ２０１８ ) ꎮ 其
Ｘｕ ＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇꎬＸｕ Ｇｕａｎｇｑｕａｎꎬ Ｚｈａｎｇ Ｈａｉｔａｏ. Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ａｑｕｉｆｅｒｓ ａｎｄ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｚｈａｎｇｊｉ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｏｆ Ｈｕａｉｎａｎ[ Ｊ] . Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ５５(６) :