GMS在礦井涌水量中的運(yùn)用

孫東哲+徐世光+吳靜

摘要： 礦井涌水量預(yù)測(cè)是保證礦井安全生產(chǎn)的必要工作。本文運(yùn)用GMS7.1軟件中的Tins、Borehole、Solid、2D-Scotter points、3D Grid和Gis模塊，以滇西某礦區(qū)為例，建立三維水文地質(zhì)模型， 預(yù)測(cè)該礦區(qū)涌水量的變化規(guī)律， 為礦井開(kāi)采方案設(shè)計(jì)和安全生產(chǎn)提供理論參考。

Abstract： The prediction of mine water inflow is a necessary work to ensure the safe production of the mine. This paper uses the GMS7.1 software in Tins， Borehole， Solid， 2D-Scotter points， 3D Grid and Gis module， by taking a certain mining area as an example， a 3D hydrogeologic model is established to predict the changes of the mine water inflow， and provide theoretical reference for mine mining plan design and safety production.

關(guān)鍵詞： GMS；礦井涌水量預(yù)測(cè)；水文地質(zhì)模型

Key words： GMS；mine water inflow prediction；hydrogeological model

中圖分類(lèi)號(hào)：P641.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）07-0007-02

0 引言

礦井涌水量預(yù)測(cè)是保證礦井安全生產(chǎn)的必要工作，是礦井合理開(kāi)發(fā)利用的重要指標(biāo)，為采掘方案、礦井排水疏干措施的制定提供重要依據(jù)。礦井生產(chǎn)中常用“大井法”、“比擬法”等解析方法預(yù)測(cè)工作面的涌水量。由于礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)力度和深度的增加，開(kāi)采環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)礦井涌水量的預(yù)測(cè)提出更高的精度要求。傳統(tǒng)方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行了大量概化，沒(méi)有考慮邊界條件、地層巖性等因素的影響。GMS數(shù)值模擬可以更精確地預(yù)測(cè)開(kāi)采工作面的涌水量。

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于云貴高原的西部邊緣，橫斷山脈中南段，地勢(shì)南高北低，西高東低，標(biāo)高1570.00-2400.00m；礦區(qū)西側(cè)分水嶺地帶標(biāo)高為2400m。礦區(qū)位于云貴高原的西部邊緣，橫斷山脈中南段，地勢(shì)南高北低，西高東低，標(biāo)高1570.00-2400.00m；礦區(qū)西側(cè)分水嶺地帶標(biāo)高為2400m。最高峰位于礦區(qū)南的大水河山頭，標(biāo)高2895m，最大相對(duì)高差達(dá)1323.00m，屬?gòu)?qiáng)烈侵蝕切割高中山地貌區(qū)。

2 數(shù)學(xué)模型

微分方程是以滲流連續(xù)性方程、達(dá)西定律、質(zhì)量守恒和能量轉(zhuǎn)化定律為基礎(chǔ)建立的地下水水頭或降升滿(mǎn)足的方程，反應(yīng)地下水所服從的普遍規(guī)律。邊界條件指滲流區(qū)域幾何邊界上的水力性質(zhì)。通常分為第一類(lèi)邊界、第二類(lèi)邊界和混合邊界。第一類(lèi)邊界是給定水頭邊界，如河流、水庫(kù)的水位值作為邊界值。第二類(lèi)邊界是給定流量邊界，如井壁、阻水?dāng)鄬?、地下分水嶺。

3 模型運(yùn)用

3.1 導(dǎo)入鉆孔三維柱狀數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)鉆探資料，依次將地層數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GMS7.1中。新生界地層零星分布，出露有古近系（E）和新近系（N）砂巖、礫巖等，第四系（Q）洪積、殘坡積、沖積、冰磧的松散沉積物。區(qū)域礦化層位主要為寒武系（沙河廠(chǎng)組、核桃坪組）、奧陶系（老尖山組）、志留系（栗柴壩組）、二疊系和石炭系（香山組）。礦化主要產(chǎn)于由碎屑巖、火山巖與碳酸鹽巖的巖性相變帶上，多屬瀉湖-潮坪相的生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。將鉆孔地層分為兩層，依次進(jìn)行編號(hào)[2]，如圖1所示。

3.2 生成區(qū)域地層實(shí)體

根據(jù)鉆孔分布和地層編號(hào)，建立不規(guī)則三角網(wǎng)，插值生成地層實(shí)體，確定地層屬性。依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模型的修正和完善。截取地層實(shí)體切面查看特定區(qū)域的三維地層賦存情況[3]，如圖2、圖3所示。

3.3 建立概化模型

建立區(qū)域水文地質(zhì)概化模型，創(chuàng)建區(qū)域地層的屬性圖層。圖層中定義地下流場(chǎng)類(lèi)型、邊界條件、單元體劃分、源匯項(xiàng)處理、參數(shù)識(shí)別等。河流定為第一類(lèi)邊界，其他模型邊界定為第二類(lèi)邊界，流場(chǎng)類(lèi)型為穩(wěn)態(tài)。本計(jì)算區(qū)域井田長(zhǎng)約1787.61m，寬1832.38m，垂深約329.09m，將井田地層劃分為30×30×2的網(wǎng)格單元，對(duì)井田地層實(shí)體作網(wǎng)格轉(zhuǎn)換，得到包含全部地層屬性的三維網(wǎng)格[4]。

3.4 模型編譯求解

完成模型的建立之后運(yùn)行模型，進(jìn)行差分迭代計(jì)算，獲取首采區(qū)涌水量水頭分布[5]。計(jì)算求得回采工作面的涌水量是50000m3/d，如圖4、圖5所示。

4 結(jié)論

運(yùn)用GMS軟件對(duì)地層進(jìn)行分層，建立三維地質(zhì)模型，直觀反映地層富水性情況。建立區(qū)域水文地質(zhì)概化模型， 創(chuàng)建區(qū)域地層的屬性圖層。定義地下流場(chǎng)類(lèi)型、邊界條件、單元體劃分、源匯項(xiàng)處理、參數(shù)識(shí)別等分析礦井的涌水規(guī)律，獲取不同回采工作面的涌水量變化。為礦井的安全生產(chǎn)提供合理的依據(jù)。

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