西北榆神矿区浅表水系统稳定性控制机理与矿区规划原则

1绪论1 1.1研究矿区浅表水系统稳定性的背景与意义1 1.2浅表水系统稳定性相关研究成果2 1.2.1保水开采内涵、理论及方法2 1.2.2采动覆岩水力学特性时空演化规律4 1.2.3矿井布局理论与方法9 1.3本书主要研究内容、方法和技术路线11 1.3.1主要研究内容11 1.3.2方法和技术路线12 1.4本书主要创新点12 2榆神矿区煤水赋存特征及覆岩(土)物理力学特性14 2.1我国西北矿区煤水资源分布特点14 2.2榆神矿区地质条件概况15 2.3榆神矿区地质条件分类18 2.3.1区域水文地质数据重分类18 2.3.2榆神矿区典型地质条件分类21 2.4覆岩土物理力学特性23 2.5本章小结25 3采动覆岩等效渗透系数确定方法及演化规律26 3.1采动岩土损伤及渗流应力关系26 3.1.1采动岩土损伤过程中渗透系数演化26 3.1.2不同损伤岩土体渗流特性力学模型31 3.2采动覆岩变形损伤及渗透特性演化特征37 3.2.1采动覆岩损伤应力渗流关系模型37 3.2.2基于典型地质条件数值模型构建43 3.2.3不同采高覆岩损伤演化特征48 3.2.4覆岩渗流率更新方法及演化特征55 3.3采动覆岩等效渗透系数计算方法60 3.3.1采动覆岩破断损伤及流态演化60 3.3.2采动覆岩导水裂隙类型划分61 3.3.3单一岩土层等效渗透系数64 3.3.4地层的等效渗透系数76 3.4采动覆岩等效渗透系数时空演化模型81 3.4.1基于改进型Knothe函数岩层运移规律81 3.4.2岩层变形时空演化特征83 3.4.3岩层渗透系数时空演化特征85 3.5本章小结97 4采动浅表水系统稳定性评价及控制机理100 4.1采动浅表水漏失机制100 4.1.1无入渗浅表水渗漏模型100 4.1.2含补给入渗浅表水渗漏模型104 4.2考虑开采扰动的等效渗透系数数值化处理方法108 4.2.1FEFLOW水文地质模型模拟方法108 4.2.2考虑时间因素的数值化处理方法110 4.2.3等效渗透性时空演化数值化处理方法110 4.3采动浅表水系统稳定性影响因素115 4.3.1采动浅表水影响半径分析115 4.3.2开采高度对浅表水系统稳定性的影响118 4.3.3煤水间距对浅表水系统稳定性的影响122 4.3.4恢复时间对浅表水系统稳定性的影响127 4.3.5开采范围对浅表水系统稳定性的影响133 4.3.6开采布局对浅表水系统稳定性的影响135 4.4本章小结146 5榆神矿区浅表水系统稳定约束下的矿区规划原则148 5.1榆神矿区开采浅表水系统稳定性评价148 5.1.1采动浅表水稳定性评价方法148 5.1.2榆神矿区覆岩等效渗透系数评价150 5.1.3基于开采范围及恢复时间的浅表水系统影响分区153 5.2基于浅表水系统稳定的矿井布局方法160 5.2.1动态规划及优化模型161 5.2.2灰色系统预测模型164 5.2.3矿井布局案例分析166 5.3榆神矿区三、四期局部区域矿井布局172 5.3.1研究区水文地质条件概化172 5.3.2基于浅表水系统稳定的矿井布局173 5.4榆神矿区典型地质条件矿井布局181 5.4.1第Ⅱ类地质条件181 5.4.2第Ⅲ类地质条件182 5.4.3第Ⅳ类地质条件184 5.4.4第Ⅴ类地质条件186 5.5基于浅表水系统稳定的矿区规划原则186 5.6本章小结187 参考文献189