煤田地质与勘探

作者：吉强, 吴镇江, 姚莹莹,

关键词：煤矿涌水, 数值模拟, 边界条件, 非均质性, 影响规律, Modflow,

背景准确预测煤矿涌水量是实现矿井安全开采的重要基础。三维地下水数值模型可用于刻画矿区水文地质条件、模拟涌水动态过程，为科学预测开采涌水量提供了理论依据。然而，目前对于地表水−地下水交互的边界条件和含水层渗透系数非均质性对煤矿开采过程中的涌水量模拟预测的影响程度尚不清楚。方法选取典型煤矿作为研究对象，首先构建三维非稳态地下水数值模型，通过开展多情景模拟试验，定量分析降雨入渗补给、非饱和带入渗过程及河流边界设置对模拟的影响，然后通过地质统计学方法构建三维非均质渗透系数场，探讨参数异质性的影响。结果和结论在初始模型基础上，仅考虑降雨入渗补给的非均质性时，矿区平均涌水量降低25.48%，加上非饱和带垂向动力波入渗的影响后，矿区平均涌水量对比初始模型上升18.68%，且涌水量更易呈现周期性波动；当考虑河道与隔水层通过构造破碎带连通时，工作面平均涌水量对比初始模型上升7.51%，且涌水量增长趋势更快；当渗透系数非均质性升高时，涌水量加速增长，同时工作面平均涌水量占矿区平均涌水量的比例逐渐增加到85%~88%，导致矿区集中化涌水，而极端非均质性则使涌水趋于分散，随机非均质渗透系数分布对比均质概化参数，涌水增长趋势更加平缓。所有情景中，考虑河道位于潜水含水层的情景对涌水量影响最小，而河道穿过局部破碎的隔水层、低非均质性参数和考虑非饱和带垂向入渗过程等情景，涌水量与初始模型存在更大差异。研究成果为精准模拟复杂情况下矿区开采时地下水动态变化提供了参考。

来源：2025年第7期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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