煤炭科学技术

作者：郭艳, 桂和荣, 魏久传, 胡满聪, 郭祥东, 聂锋, 陈永青, 解建, 叶爽, 李俊,

关键词：区域注浆扰动, 渗流场−化学场耦合模型, 溶质运移, 数值模拟, 底板水害,

在淮北煤田普遍采用地面定向钻高压注浆技术治理煤系底板岩溶水害。注浆后渗流场补径排路径发生变化，且注浆实施中注浆高压以及浆液析水会在一定时期内改变受注目标含水层地下水渗流场和化学场的分布特征。以淮北煤田桃园煤矿为研究对象，利用Feflow软件，构建了区域注浆扰动下目标层渗流场与化学场（简称“双场”）演化模型，探讨了“双场”耦合机制，选择受环境影响较小的Cl−为模拟因子，开展了“双场”耦合作用下溶质运移影响因素分析，在此基础上构建了区域注浆扰动下溶质扩散预测模型。研究结果表明：识别验证后渗流场模型中，模拟水位与实测水位误差小于3 m的点占71.9%，模拟效果较好；识别验证后化学场模型中，Ⅱ4采区溶质运移模拟效果较好，Ⅱ1采区模拟值偏低约14.4 mg/L，误差约为实际值的6.6%，低于10%，总体模拟效果较好。渗透系数相对较大的Ⅱ4采区和Ⅱ2采区Cl−较容易运移扩散；而渗透系数较小的Ⅱ1采区岩石致密，渗透性较差，模型运行50 a期间，其基本以“滞水”状态存在。基于注浆扰动下Ⅱ4采区局部渗流场演化特征，认为溶质运移主要受渗透系数、弥散度、水力梯度、渗透流速、注浆时间、浆液相对密度等参数控制，并发现在注浆结束后18～22 a Cl−质量浓度达到峰值，随后Cl−质量浓度开始降低，约在40 a后达到区域注浆之前的平衡状态。基于多次设参运行获得数据，建立了“双场”耦合作用下溶质扩散的预测模型，误差率小于10%的数据占比达81.4%，说明所建立的溶质扩散预测模型基本可靠。研究可为区域注浆扰动下受注目标含水层水环境演化研究以及煤矿水害预测预警提供科学依据，具有重要的理论和实践意义。

来源：2023年第7期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2023年第7期