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区域注浆扰动下渗流场-化学场演化及耦合作用

Evolution and coupling of"seepage field and chemical field"under regional grouting disturbance

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摘要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 3m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 50a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40a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.

作者郭艳 ^[1] 桂和荣 ^[1] 魏久传 ^[2] 胡满聪 ^[3] 郭祥东 ^[4] 聂锋 ^[3] 陈永青 ^[5] 解建 ^[5] 叶爽 ^[5] 李俊 ^[1] 学术成果认领

作者单位 国家煤矿水害防治工程技术研究中心(宿州学院),安徽宿州 234000;矿井水资源化利用安徽普通高校重点实验室,安徽宿州 234000 ^[1] 山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 266590 ^[2] 淮北矿业股份有限公司,安徽淮北 235000 ^[3] 国家煤矿水害防治工程技术研究中心(宿州学院),安徽宿州 234000 ^[4] 安徽恒源煤电股份有限公司,安徽宿州 234000 ^[5]

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 regional grouting disturbance coupling of seepage field and chemical field solute diffusion prediction model solute diffu-sion prediction model numerical simulation using Feflow software

分类号 TD741

栏目名称

"矿井水防治与资源化利用"专题

DOI 10.13199/j.cnki.cst.2023-0331

发布时间 2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

基金项目

安徽省高校优秀科研创新团队资助项目（2022AH010081）安徽省高校自然科学重点资助项目（2022AH051369）安徽省公益性地质资助项目（2023-g-1-11）