地下水数值模拟研究

摘 要：通过研究某井田的地下水系统和地质情况，概括出研究区域水文地质模型，利用地理信息系统软件二次开发对该区域地下水进行了数值模拟，为矿井防治水工作提供了辅助决策。

关键词：煤矿；地下水；数值模拟；地理信息系统

1 区域水文地质概况

矿区北依箕山背斜西段、南临汝河平原，距汝河8km。第四系与第三系不同成因类型的含水层组主要有砂及砾石组成，分布于山前斜地、丘陵岗地、坳陷区及汝河河谷平原地带，其厚度相差很大，钻孔揭露最大厚度为639.58m。第四系全新统、上更新统松散沉积物则分布于河流阶地、漫滩之上，直接受大气降水及河水的补给，含较丰富的孔隙潜水。

2 研究区域地下水系统

为了正确认识研究区域地下水系统，计算时尽可能以天然边界为计算边界，面积为6.7km2。范围包括：北部及西北部以梅庄正断层（F16断层），为进水边界；南部边界位于孟庄正断层（F18正断层）附近，为隔水边界；东部以樊窑村以东的F24正断层为局部进水边界；西部边界位于贾庄正断层（F70）和毛寨正断层（F25）附近，为隔水边界。寒武系、石炭系太原组各灰岩含水层岩溶裂隙水是矿井开采过程中可能突水的主要水源，局部地段开采上部煤层可能受上覆新生界孔隙水的影响。

寒武系灰岩在北部山区及F16断层附近出露，地表岩溶发育，直接受大气降水的补给。在岩溶径流带和F18断层以南含较丰富的岩溶裂隙水，单位涌水量达到3.38 l/s·m，灰岩含水层在浅部与孔隙含水层相联系，呈互补关系，突水初期，矿井涌水量增大，但是以静储量为主，随着矿井的疏干，地下水位的降低，动储量的变化对矿井充水的影响将起主导作用。

3 数学模型建立

根据水文地质情况，建立该区域地下水的数学模型，如下：

4 地下水数值模拟实现

根据该区域水文地质条件和数学模型，结合实际情况，我选用Dot Net作为开发平台和地理信息系统软件组件式开发，实现了水头预测，为矿井防治水工作提供辅助决策。

4.1 识别时段

依靠大量的抽水试验资料，选择NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#进行识别，时间段从2009年7月16日16时至2008年9月16日16时，分六个计算时段。

4.2 识别结果

对观测孔NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#进行水头拟合。模型识别时，用实测水头和模拟的水头的差值进行对比来调参。用NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#每隔10天的16时的实际水头与计算水头进行比较，最后绘制出实际水头与计算水头的拟合曲线。

当观测孔NJX-1#、NJX-2#、NJX-3#、NJX-4#、NJX-5#、NJX-6#、NJX-7#水头稳定时，实际水头和计算水头曲线形状拟合程度较好。综上所述，经过识别后的地下水数值模拟软件就可以为地下水预测预报提供帮助，为井田水害防治工作提供辅助决策。

5 模型应用

经过识别和调整参数的数学模型在宁庄井现场进行了应用。

地下水数值模拟软件在某矿井现场测试后，通过求解井田地下水系统数学模型，绘制了井田水头（等值）线。结合水头线图和井田地质条件，判断出某工作面西侧有较大突水危险性，该区域应引起矿井安全技术人员高度注意，最后提出疏水降压来降低危险区的水头，对矿井防治水工作提供了一定的帮助。

参考文献：

[1]张月萍.杭州市地下水质量及开采引起的地面沉降环境效应分析[D].河海大学，2007.

[2]徐德金.基于Visual Modflow煤层底板灰岩水疏放性研究[D].安徽理工大学，2009.

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[4]葛伟亚.盐城市地下水系统三维数值模拟[D].河海大学，2004.

[5]李顺.康城煤矿矿井涌水系统数值模拟[D].河北工程技术大学，2009.

[6]许江涛，文广超.基于GIS的矿井防治水辅助决策系统[J].中国煤炭，2008（09）.

作者简介：许江涛（1984—），男，硕士，助教，主要从事地质测量的教学与科研工作。

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