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程潮铁矿裂隙岩体渗流预测模型及数值模拟研究

作　者: 王其虎
导　师: 叶义成; 刘艳章
学　校: 武汉科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 程潮铁矿 矿坑涌水量预测 灰色-传递函数耦合预测模型 裂隙岩体渗流
分类号: TD741
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


多年的崩落法开采和地下水疏干，导致程潮铁矿原有水文地质条件发生剧烈变化，大气降水能够直接通过矿区上覆松动破碎岩体快速入渗补给矿坑涌水，构成了矿山生产的重大安全隐患。研究基于GIS空间分析原理，对矿区进行汇水分析，实现了矿区移动带和塌陷坑的汇水面积的精确计算；设计了矿坑涌水量监测装置，并实现了矿坑涌水量的精确监测；利用统计学理论，分析了矿坑涌水量与大气降水的响应关系，获取了矿区不同降水条件下上覆岩体的入渗系数和矿坑涌水对大气降水的滞后量。首次建立了一种大气降水补给矿坑涌水灰色-传递函数耦合预测模型，既克服了GM(1，1)模型的波动不足，又弥补了传递函数模型无指数增长的缺陷，实现了较高精度的矿坑涌水量预测；在构建程潮铁矿水文地质概化模型的基础上，成功将Darcy-Brinkman耦合渗流数学模型引入到程潮铁矿矿坑涌水量预测研究中，为采用崩落法后矿床上覆岩体松动破碎矿山地下水渗流数值模拟提供了合理的数学模型；基于有限元数值模拟，按汇水分析和入渗分析结果构建边界条件，以滞后量为先验信息，反演出当前程潮铁矿上覆破碎岩体渗透系数，研究了矿区岩体渗流特征，预测出不同大气降水强度下矿坑涌水量。研究成果应用于程潮铁矿矿坑涌水安全对策措施制定中，为矿区地表防渗与井下防突水提供理论基础和应用技术。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 研究背景  8-13
    1.1.1 矿山自然条件概况  8
    1.1.2 矿区地表水系及含水层分布  8-11
    1.1.3 矿坑充水因素  11
    1.1.4 地表塌陷  11-13
  1.2 问题的提出以及研究意义  13
  1.3 地下水渗流及涌水量预测研究综述  13-15
    1.3.1 早期经验解析法  13-14
    1.3.2 渗流模型的概化  14
    1.3.3 数值法  14-15
    1.3.4 系统统计分析法  15
  1.4 研究内容及路线  15-17
第二章 大气降水入渗分析  17-29
  2.1 矿坑涌水量监测  17-19
  2.2 大气降水入渗机理  19-20
  2.3 地表径流水文分析  20-25
    2.3.1 DTM及DEM数据模型  20-21
    2.3.2 水流方向的提取  21-23
    2.3.3 汇流累积量  23-24
    2.3.4 流域分割  24-25
  2.4 塌陷坑及移动带汇水分析  25-26
  2.5 大气降水入渗补给系数  26-27
  2.6 矿坑涌水对大气降水的响应分析  27-29
第三章 矿坑涌水量统计预测  29-45
  3.1 基于时间序列分析的矿坑涌水量预测  29-37
    3.1.1 传递函数模型  29-31
    3.1.2 矿坑涌水对大气降水的相关分析  31-33
    3.1.3 不同大气降水强度下矿坑涌水量的预测  33-36
    3.1.4 结果及误差分析  36-37
  3.2 矿坑涌水量灰色动态预测  37-40
    3.2.1 灰色预测理论  37-38
    3.2.2 矿坑涌水量灰色预测模型  38-39
    3.2.3 误差分析及模型的适用性  39-40
  3.3 基于灰色-传递函数耦合模型的矿坑涌水量预测  40-45
第四章 大气降水补给矿坑涌水量数值模拟及预测  45-60
  4.1 大气降水入渗补给矿坑涌水数学模型  45-47
    4.1.1 多孔介质渗流的基本定律—Darcy定律  45-46
    4.1.2 非线性Brinkman渗流模型的基本方程  46
    4.1.3 Darcy-Brinkman耦合模型  46-47
  4.2 程潮铁矿水文地质概念模型  47-48
    4.2.1 模拟范围的确定  47
    4.2.2 水文地质条件的概化  47-48
  4.3 三维数值模型的建立  48-49
    4.3.1 三维实体模型的构建  48-49
    4.3.2 边界条件  49
    4.3.3 模拟方案及水文参数的选取  49
  4.4 数值模拟结果分析及矿坑涌水量预测  49-57
    4.4.1 渗透系数反演数值模拟  49-52
    4.4.2 程潮铁矿岩体渗流规律分析  52-56
    4.4.3 不同大气降水强度下矿坑涌水量预测  56-57
    4.4.4 连续多日降水矿坑涌水量预测  57
  4.5 程潮铁矿防治水措施  57-60
    4.5.1 地表防水措施  57-58
    4.5.2 井下防水措施  58-59
    4.5.3 矿坑涌水量的连续实时监测和预警信息系统的构建  59-60
第五章 结论  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
攻读硕士期间发表学术论文  65-66
攻读硕士期间申请国家专利  66-67
详细中文摘要  67-68
详细英文摘要  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿山排水与堵水 > 矿山水文地质
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