[00795387]复杂富水矿床水患监测与疏堵探综合优化防治技术研究

任务来源“十一五”国家科技支撑计划课题“复杂富水矿床水患监测及防治技术研究”(编号：2006BAB02A01-04)。技术原理及性能指标技术原理：1.从“系统论”的整体性、结构性、层次性和开放性的基本论点出发，运用地下水系统的水文地质单元分析法，建立了由区域到矿区不同层次的水文地质单元，探讨了各单元的边界条件、地下水的补给、径流、排泄等地下水结构特征，确定了从区域到矿区的地下水渗流场空间运移规律。2.运用地下水渗流场多指标动态综合监测与分析方法，对高阳铁矿水位、水压、水质、水量进行了监测与综合分析，确定了矿区突水范围、突水空间位置、突水方向与突水水源。3.运用综合逐渐逼近探测试验方法，确定了矿区围岩综合突水条件与突水因素。综合逐渐逼近探测，是指综合研究已知导水通道的矿井工程地质、水文地质条件，在此基础上对整个矿井区域从宏观上圈出隐伏导水构造柱可能发育的范围、性质及形态特征，然后结合矿井生产安排，有计划、有目的、有顺序地利用综合探测与测绘等手段，先地面后井下、先整体后局部、先外围后中央逐步缩小异常区范围，达到勘探目的。该项目通过运用综合逐渐逼近探测的方法，根据地下采矿巷道涌水点的测绘与分布，确定了矿区地下突水范围与突水空间位置；通过地下水放水试验，研究了玉皇山断层的导通性，确定了矿床地下水与区域地下水的区域导水通道与区域来水方向；运用γ能谱探测和地下电磁波CT探测方法确定了矿区地下导水构造与导水通道的规模、展布方向、形状及相互关系，为局部封堵设计奠定了基础。4.运用“模糊数学理论”，建立了矿区突水风险评价模型，确定了矿区不同风险区。根据模糊数学理论与方法体系，建立了高阳铁矿矿体范围内地下水突水风险性模糊数学综合评价模型，对该矿区矿体范围内地下水突水条件与突水风险进行了多指标的模糊综合评价。确定了评价单元的突水风险性强弱，获得两个突水风险强区、两个突水风险较强区、两个突水风险弱区和一个突水风险中等区，并对评价结果进行分析，为高阳铁矿下一步地下水防治和采矿掘进提供指导性依据。5.运用数值分析软件建立了巷道导水断层预注浆数值模型，以有限元软件ANSYS为研究平台，对围岩在地下水作用下的应力应变和稳定性变化规律进行水—岩—应力场耦合三维数值模拟研究。分析和确定了考虑水—岩—应力场条件下围岩位移、应力、应变、塑性变形的分布情况与变化规律，评价了高水压、高应力与断层条件下围岩稳定性及其塑性区和可能突水区的空间分布规律与相互关系，为高阳铁矿注浆封堵和确定防水矿柱厚度提供定量依据。6.矿区地下水疏堵探监测相结合的综合优化防治水方案设计及实施。根据上述综合研究成果和矿床水文地质条件与突水规律，提出和编制了“以地下水渗流场多源信息综合集成分析为基础，疏堵探监测综合优化治水方法与方案”，实施和完成了封堵矿区地下水渗流高水位区，降低矿区内地下水位，减少矿区地下水排水量的目的。性能指标：1.复杂富水矿区多级水文地质单元划分与地下水系统的建立；2.地下水水位、水温、水质等多源信息监测集成分析方法与地下水突水因素的确定；3.地下水放水试验设计方案与区域断层地下水导通性的确定；4.地下γ能谱和电磁波CT逐渐逼近综合探测技术与围岩地质构造和导水通道的确定；5.矿区突水条件与突水风险模糊数学综合评价与突水风险区的确定；6.导水断层预注浆数值模拟技术与预注浆优化设计；7.矿区疏堵探监测综合优化防治技术与方案。成果的创造性、先进性：1.根据矿床的水文地质结构与条件，将“系统论”与“水文地质学理论”的基本原理进行了有机整合，运用系统论的整体性、结构性、层次性和开放性的基本原理建立了矿区三级水文地质单元体系，从而理清和确定了区域与矿区地下水的水力联系及地下水渗流场的空间运移规律；2.对矿区地下水渗流场进行了实时多指标综合监测，将水位、水质、水温监测结果进行系统的耦合分析，总结和提出了“地下水渗流场多源信息综合集成分析法”，从而为全面系统确定地下水突水因素提供了有效地分析方法；3.针对铁矿具有较强电磁干扰特性，选用核物理γ能谱探测与地下跨孔电磁波CT探测联合探测方法对地下导水通道进行了综合逐渐逼近探测与研究，这种综合探测技术不仅可排除矿石电磁性的干扰，还可对探测解译结果进行综合解释与分析，使不同探测方法进行互补对比，从而提高了探测效益与精度，也可降低探测费用；4.对矿区地下水渗流场实施了实时多指标综合监测，对矿区地下水导水通道与围岩实施了综合逐渐逼近探测，并将实时多指标综合监测结果与综合逐渐逼近探测结果进行系统的整合与分析，完成了突水因素与突水条件多因素、多指标、多方法、多源信息的集成复合分析与评价。这种监测与探测相结合和地下水突水因素与围岩突水条件相结合的研究思路有助于全面正确认识矿区地下水渗流规律与突水灾变机理；5.根据矿区地质和水文地质条件与采矿工程等因素，分别建立了矿区水文地质复杂程度和矿区突水风险评价指标体系，并运用模糊数学理论建立了矿床突水风险评价模型，对矿区突水风险进行了定量分析与评价；6.运用数值分析软件建立了巷道导水断层预注浆数值模型，对不同断层产状、不同水压及不同埋深的断层预注浆导水断层的稳定性及突水风险进行了数值分析与计算，确定了导水断层巷道围岩塑性区与有关围岩断层指标及地下水指标的相互影响与作用关系。