Методические аспекты моделирования геофильтрационных процессов при затоплении шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 551.49

Геолого-разведочный факультет,

группа РГГ-98

Рассмотрена методика гидрогеологических шахт, Актуальность этого вопроса определяется угледобывающих районах, при котором возникают печением экологической и производственной вающиеся при затоплении шахт гидродинамические

дополнительного анализа и численных геофильтрационных моделей.

Среди методических приемов, используемых при

с

ликвидационных работ. Разви-весьма специфичны, что оп-совершенствования существующих

оценках условии затоп-внимание уделено методике решения так называемых тестовых задач,

предложены резуль-

отражающих типичные условия затопления шахт, таты численного моделирования, полученные для трех по применению численных моделей при различных

This research is about hydro-geological prognosis methods of waterlog working in

of closing coalmines. At that, appear and production safety. There are sped g flooding, That's why it is necessary

nes. Novelty of this problem is in the mass problems, which connected with secure of eco

subsidiary analysis and improve existent geofïltrational models

This These test

receptions, which use for so-called test conditions of waterlog working in coalmines i obtained for the three tests. As a result

« ¿A.S

ommendations of use of numerical models was propose.

Известно, что в последние годы проис

спективных

и

V-f

осуществляется по государственной про

мышленности и бассейнах и районах Из-за прекращения

венное затопление. При этом необходим про-

для оценки условии их затопления, прогноз уровневого режима водоносных пластов для обеспечения безопасности горных работ на соседних шахтах и решения природоохранных задач на шахтных полях [1].

iviC

л

затопления шахты должен

Vi

во-

родинамическои схемы, отражающей условия затопления шахты;

• определение водопритоков в затапли-

со = 5 • 1 (Г* м/'сут

^ ш = 2 ■ КГ* м/суг

ш = 5 ■ 10"4 м/суг

Рис, 1. Схема модели

1 - слабопроницаемая толща; 2 - техногенный водоносный горизонт; = 10*4 м/сут - коэффициент фильтрации;

Цупр - 10 5 м 1 ~ упругоемкость толщи; Кф,в - 100 с/сут - коэффициент фильтрации по вертикали; т = 100 м -

мощность техногенного водоносного горизонта; = 5 • 103 м 1 - фавитационная водоотдача; со - инфильтрация

разных этапах развития этого процесса

земных вод ной стадии

1

о

W

ния целесообразно решать с применением

j

тестах за

давались модели в

ai

к*

создании тестовых моделей определяющими факторами являлись положение горных работ относительно долин рек и во-

доносного комплекса и характер

покровных

и

Деление модели в разрезе определяется гидрогеологической структурой месторождений (количеством выделенных водонос-

ных комплексов и относительных водоупо ров). Каждый элемент структуры (водонос ный пласт или относительный

представлен на модели отдельным слоем с определенными характеристи-

V

КА

мость которых снижается сверху вниз в со

пород с глубиной.

тест проводился с целью отра-

1

i ЙГ

V

дели имитировалась угленосная мульда, от

кровные отложения практически отсутст-

у

Л А Я в

счет перетекания через слабопрони-отложения по площади мульды и фильтрационного питания на участках

глубинах. Тест показал, что имитацию процесса затопления следует проводить в два

лучаем распределение напоров в угленосной толще на конец периода эксплуатации шахты. Эти напоры являются начальными уело-

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.152

2 Р

2

о о

Ю <

О

200 - -

-300

-400

500 --

-600

0

500

1000

1500

2000 2500

Время, сутки

3000

3500

4000

-о- 1

2

3

4

5

6

Рис.2. Графики подъема уровней подземных вод при различной упругоемкости |ХуПр

1 - цупр - КГ7 мч; 2 - Мупр = л • Ю-7 м-1; 3 - ^уПр - 10"6 м"1; 4 - цупр = 10"6 м"!;

1-7 „-1.

-6 „-1,

— 1 А-6 ..-!.

5 - цупр = Ю-5 м1; 6 - цупр = я • 10

-5 м-1

виями для второго этапа (нестационарного), т.е. процесса затопления.

величины упругой водоотдачи слабопроницаемой толщи во многом определяет темпы подъема уровней в горных выработках (рис.2). Именно поэтому чувствительность модели к величине упругой водоотдачи предъявляет высокие требования к исходным материалам.

Целью второго теста являлась проверка

льной тестовой мо-

дели к дробности послойной вертикальной разбивки относительного водоупора, перекрывающего продуктивную толщу. По ре-

теста можно сделать вывод, что

при выполнении долговременных прогнозов увеличение дробности вносит погрешность соизмеримую с точностью вычислений. Поэтому послойная разбивка водоупора не имеет практического смысла. Но она может использоваться при оценке распределения напоров в нем для расчета изменений напряженного состояния угленосной толщи.

Третий тест был создан на основе анализа гидрогеологических условий эксплуатации и затопления шахт в Шахтинском районе Восточного Донбасса. В ходе проведения теста отрабатывалась методика моделирования затопления в слоистых толщах при наличии в них питающего приповерхностного горизонта и поверхностного водотока (речки

или озера). При естественном режиме фильтрации река является областью разгрузки для водоносной толщи, а на начальных этапах затопления и при эксплуатации шахты - областью питания для водоносных пластов и техногенных водоносных горизонтов.

По результатам теста видно, что на разных этапах затопление горных выработок происходит с различной скоростью, начальном этапе горные выработки затапливаются относительно быстро, в дальнейшем темп подъема уровня подземных вод существенно снижается (рис.3). Таким образом, по мере уменьшения перепада напоров между техногенным водоносным горизонтом и приповерхностным горизонтом, выступающим в качестве питающего, расход перете-

Тестирование также показало высокую чувствительность модели к величине упругоемкости толщи, перекрывающей техногенный горизонт.

На основе решения ряда тестовых задач разработаны рекомендации по применению численных моделей при различных гидрогеологических условиях.

1, В расчетных геофильтрационных моделях необходимо учитывать наличие техногенного водоносного комплекса, положение которого в разрезе определяет структуру моделей и методику моделирования.

а мз/суг

700 600 500 | 400 I

300 200

100 £

0

Уровень воды в

-100

-200

500

1000

1500 2000 2500 3000

Время от начала затопления, сутки

3500

">600 4000

Рис.3. Совмещенный график расхода затопления 2 (1) и подъема уровней подземных вод Я(2)

в горных выработках

2. Моделирование следует проводить в два этапа: имитация стационарного режима

работок и имитация нестационарного режи

ма при их затоплении,

» >•» Л г

> • .'„—с Л.,..

и зону водопрово-дящих трещин над ними (ЗВТ), моделировать одним расчетным слоем учета процесса насыщения при

приповерхностном

комплексе и горных

По результатам численного геофильтрационного моделирования можно получить уровни водоносных горизонтов на конечной стадии затопления шахт, составить по ним карту гидро изо гипс и, сопоставляя ее с рельефом поверхности, определить подтопленные участки территории, данные о расходах воды и участках

через высотут 4.

ш.

зонта на поверхность или под приповерхностный водоносный комплекс предлагается зада-

... .V Аг

интенсивности, так как техногенный горизонт обладает повышенной проницаемостью.

стадии эксплуатации шахты ходима организация мониторинга для обос нования параметров

модели, позволяющего в дальнейшем скорректировать модель,

6. При мониторинге должна быть полу-мация о водопритоках и уровнях

. Методические указания по изучению и прогнозу техногенного режима подземных вод при освоении угольных месторождений / В НИМИ. СПб, 1992.

2. Норватов Ю.А. Гидрогеологический анализ и 5 прогноз условий ликвидации угольных шахт /

Ю.А.Норватов, И.Б.Петрова, А.С.Степанова // Наука в СПГГИ. СПб, 1998. Вып.2.

3. Норватов Ю.А. Гидрогеологическое прогнозирование при ликвидации шахт 1 Ю.А.Норватов, И.Б.Петрова // Горный вестник. 1998. № 4.

Научный руководитель д.г.-м.н. проф. ЮА.Норватов

62 --

ТББМ 0135-3500. Записки Горного института. ТЛ52