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[硕士论文] 邢世平
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井水害一直是煤矿安全生产的主要危害,其中以煤层底板突水最常见。以孔庄矿东部采区(Ⅲ4、Ⅲ5采区)7煤底板太原组四灰含水层为研究对象,分析了研究区的地质条件以及水文地质条件;采用Piper三线图以及Schoeller图分析研究各含水层的水化学特征;利用钻孔漏水率和四灰含水层等水位线分析研究区太原组四灰岩溶发育规律和水动力规律;基于改进博弈论的FAHP-CRITIC建立脆弱性评价模型,并对孔庄矿东部采区7煤层底板四灰突水危险性进行分区,得出主要结论如下:
  (1)研究区属华北型石炭二叠系含煤地层,区内断层以平行展布为主,倾向一致,断层面的倾角均较大,主要发育的断层分别为F徐庄、F徐支、KF13、F6-2、F6-6。
  (2)四灰含水层水位变化较大,富水性不均,易接受浅部含水层的入渗补给,是7煤主要充水水源之一;四灰溶蚀程度随着深度增加而减弱;四灰含水层水位在整体上呈现为西高东低,仅在孔庄东部采区部分区域,水位为北高南低;四灰含水层大部分离子浓度变异系数相对较大,外界含水层有一定联系。
  (3)7煤层底板脆弱性分区预测表明:突水脆弱区主要分布在研究区的中部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的22.5%;突水较脆弱区分布在研究区的中部、东部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的25%;过渡区分布在研究区的西北部、中部、南部以及东部的部分区域,占整个研究区面积的25%;突水较安全区分布在研究区的西部以及中部的部分区域,占整个研究区面积的15%;突水相对安全区分布在研究区的西南部,占整个研究区面积的12.5%。最后采用脆弱拟合率VFP对评价模型进行验证,拟合率达100%,表明7煤层底板太原组四灰突水脆弱性评价模型可信;将脆弱性指数法突水系数法对煤层底板突水危险性分区进行比较,认为脆弱性指数法对影响煤层底板突水因素的考虑更为全面,更具有现实和指导意义。
[硕士论文] 姚克
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无论从战略角度还是能源角度来说,煤炭储备都承担数一数二的重要角色任务。近年来我国大部分煤矿都已进入深入开采,受水害的威胁和影响日益突出,严重影响煤矿的正常生产,残酷的威胁到矿工的生命安全和国家财产安全。因此积极推进矿井水害防御方法和治理措施意义重大,刻不容缓。
  本文以潘二矿11223工作面为研究对象。查阅和分析研究区地质、水文地质等基础资料。并在此基础上运用FLAC3D数值模拟,采用弹塑性理论,损伤力学方法,利用层次分析结构模型对工作面底板岩层阻隔水性能的影响因素进行多元拟合,确定其阻隔水性能评判结果。开展了工作面底板采动变形破坏规律研究,对解决矿区的安全高效生产及建设具有重要的理论依据现实意义,从而提高煤矿的经济效益和社会效益。研究成果总结如下:
  (1)通过对研究区的了解及分析并结合FLAC3D数值软件,来模拟底板开采扰动变形破坏规律,从而确定底板破坏深度。完整底板下3煤开采最大破坏深度约为21m;含断层时,断层上盘塑性破坏范围在16m~20m之间,断层下盘塑性破坏范围在10m~17m之间;当完整底板下分层开采时,其破坏深度20m~24m左右;含断层分层开层时,上盘塑性破坏为13m左右,下盘塑性破坏为25m左右。
  (2)采用弹塑性理论方法并结合潘二矿区地质资料,运用计算公式算出研究区底板采动破坏深度结果分别为13.72m、12.15m。
  (3)损伤力学方法。采用损伤底板破坏深度来计算,其结果为11.21m。
  (4)11223工作面组阻隔水性能评判值B为0.4995,属于Ⅱ级。所以阻隔水性能较好,但在一定条件下会发生底板灰岩突水。
[硕士论文] 李建宁
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:瑞雷面波勘探作为近年来兴起的一种工程勘探方法,因其成本低、操作便捷且精度较高的优点深受广大勘察单位的青睐,并被广泛的应用在工程工程勘察中。本文立足于当前面波勘探的发展现状及其应用需求,阐述了面波的基础理论及其在均匀半空间、两层介质及多层介质中的频散特性,以及主动源面波被动源面波勘探的勘探理论基础各自特点。开展主被动源面波勘探技术研究,系统分析了主动源面波的采集排列、采集参数以及数据处理等内容,并引入夯机震源以进行扩展研究,进行夯机震源锤击震源数据信号对比,并分析其数据采集及频散曲线的提取方法内容,并结合工程实例进行现场探测分析。随后系统总结了被动源面波的台阵布置以及信号处理中的关键技术,其中对后期数据处理及频散曲线的提取进行较为系统的研究,为后续联合勘探打下基础。结合场地实验进行对比分析,将双源面波各自的优点进行结合以开展面波联合勘探的尝试,通过采用相同排列采集主动源被动源面波数据,并尝试进行同排列数据频散谱的叠加的方式,提高频散曲线提取的质量,将二者优势互补,以达到提高瑞雷波勘探的探测精度和深度的目的。
  开展双源面波勘探试验,表明主动源被动源联合勘探在浅层勘探中的应用的效果较好,可以一定程度的结合二者优势,提升勘探深度及浅表分辨率,大大提升了单一方法勘探的能力,对实际工程中的面波勘探提供理论指导。
[硕士论文] 武义成
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:突水是制约煤矿安全可持续生产的常见灾害之一,在危害矿井安全生产的同时也威胁着工作人员的生命安全。因此,快速、准确地识别矿井突水水源,对于矿井防治水工作水害防治具有重要的实际意义。
  本文以临涣矿区为研究对象,在矿区地质水文地质资料的收集、整理分析的基础上,分析了各含水层水样的水化学常规离子、TDS、PH等,研究了矿区岩溶水水化学特征,建立了矿区灰岩水突水的多种判别模式。主要成果如下:
  (1)将K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS灰岩埋藏深度进行分析,得出埋藏深度的增加,K++Na+、Ca2+、Mg+、SO42-、Cl-TDS含量呈增大的趋势,HCO3-含量则减少。
  (2)采用piper三线图对矿区各含水层K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等常规离子含量分析,得出各含水层的水质类型:第四含水层为Cl-Na型以及Cl·SO4-Ca·Mg型;煤系地层砂岩裂隙含水层为HCO3-Na型以及Cl-Na型;太灰含水层为SO4-Ca·Mg型和以及Cl-Na型;奥灰含水层SO4-Ca·Mg型以及Cl·SO4-Ca·Mg型。矿区内灰岩岩溶裂隙水四含水、煤系砂岩裂隙水均在一定程度上存在水力联系。
  (3)通过因子分析法,提取特征值,明确地下水化学演变过程中的主要水化学形成作用。
  (4)以K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS作为研究指标,在研究区内建立Fisher、模糊综合评判、BP三种模型,并对三种模型进行比较得出:BP神经网络具有更好的判别效果。
[硕士论文] 汪武
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:断裂带是一种具有潜在危险性的地质构造,存在很强的活动性和不稳定性,因此对于断裂带特征的研究和探讨是一个持久的课题。舜耕山断裂带位于淮南地区的南缘,在淮南煤田的南部边界,同时淮南区域也是华北板块和华南板块的交界处。通过对舜耕山断裂带的研究,为淮南煤田的开发利用以及工程建设提供依据,对揭示板块运动演变规律也有着重要的地质意义。
  本文基于淮南地区地质概况,介绍了高密度电法的相关技术原理和断裂带探测的理论基础;数值模拟了不同装置、电极距、不同倾角、断层宽度、富水性等情况下的断层探测;通过舜耕山现场电法勘探试验成果分析研究了断层电性响应特征,进而探究了舜耕山断裂带构造信息特征。主要得到了如下结论:
  (1)数值模拟具有一定的效果,依据电阻率反演剖面能有效判别断层基本正逆属性,可对地层进行良好的分层。温施装置模拟装置模拟效果最好,断层及地层电性响应特征明显。小电极距探测分辨较高,但限制了勘探深度。倾角的准确判定存在困难,相对小倾角断层电性响应较好。不同断宽模拟结果显示断层宽度值所建立模型断层宽度吻合较好。正断层对富水性响应明显,逆断层富水性模拟剖面中富水特征不明显。表层介质相对高低阻差异在层厚分辨和倾角上电性响应特征不同。断层落差值判定具有难度,落差变化的电性响应特征不明显。总之,数值模拟整体上对断层的电性响应特征良好,但个别断层要素的响应不好,需要进一步深入研究。
  (2)基于现场试验结果分析表明:应用高密度电法探测舜耕山断裂带的总体效果良好,不同装置和不同电极距对断层异常探测分辨有所不同。温施装置对断层探测效果较好,3m和5m电极距断层探测效果相似,小电极距探测对断层及地层分辨效果相对较好,对异常的探查精度较高,但勘探深度没有优势,在实际探测过程中,应结合具体探测要求合理选择电极距进行探测。
  (3)舜耕山断层原则上为逆冲推覆断层,探测区断层走向为近东西向,结合三个试验区电法勘探成果图,主断层出露地表点连线合成的断层走向曲线图显示断层为近似东西走向。综合所有探测剖面,大致确定舜耕山主断层倾角近似分布在60°-75°之间,倾向向南,随着断层向深部发展,倾角有变缓趋势。断层上下盘落差大于l0m,受限于勘探深度,无法对落差值进行准确判定。舜耕山断层结构特征相对复杂,需结合此探测区相关地质资料和不同的探测技术及方法进行综合评价。
[硕士论文] 王敬谋
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源是我国的主要能源之一,从勘探到开采均需要大量资料。常规的工程资料是二维图表文件等,通过建立真三维地质模型,可以将其转换为更为直观且信息丰富的立体资料,有助于了解地下储层环境及地质构造,为矿区的建设或矿体的开采提供帮助。
  本文介绍了三维地质建模的基本方法原理,利用研究区内的111个钻孔的相关资料,使用GOCAD三维建模软件,基于确定标志层(如煤层)建立起研究区三维地质模型。对所得三维地质模型进行切剖等操作,对剖面图进行定性分析,并专门对4-1煤、7-1煤、8煤、11-2煤、13-1煤进行研究,得出煤层分布规律,获得相应煤层的体积分布,并探究其上覆顶板砂体之间的关系,为矿体的开采工作提供一定的指导思想。
  建立层状地质体的三维地质模型需要大量的钻孔数据,来获取各分层层位的坐标信息,标志层的层位信息在整个研究区沉积体系中较为稳定且易于对比,较易获取。标志层间的地层虽然有钻孔柱状图提供了相应的岩性柱,但对其的分层可能过于密集或稀疏,不利于地质分析。利用自然伽马、视电阻率、自然电位等测井曲线对目标层段进行研究,人工分层由于繁杂性和经验性不予采用,特选用最优分割法对多个钻井13-1煤到15煤之间的层段进行自动划分,并岩性剖面资料进行对比,自动划分层面的匹配程度较高,故可以使用此方法进行地层的自动划分。
  划分好的地层仅仅拥有层位信息,而三维地质模型应该是有几何模型和属性模型组成的,采用K均值聚类分析法交会图法结合的方法对研究区进行岩性识别,将研究区地层岩性主要分为砂岩、粉砂岩、泥岩三种,利用自然伽马、视电阻率、自然电位三种测井参数建立测井参数响应值岩性的对应关系,对研究区取芯段进行岩性识别操作,证明了此方法在岩性识别上的可行性。对13-1到15煤层段自动划分好的各分层进行岩性识别,便得到带有岩性和分层位置的数据资料,从而可以进行井间对比和非标志层段快速建模,既可以了解其沉积规律和煤层赋存情况,也建立了一个更为精细的三维地质模型,为实际的生产提供帮助。
[硕士论文] 靳拓
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在未来较长一段时间内,煤炭都将是我国国民经济生产发展的主要能源支撑。随着煤矿开采逐渐进入深部开采阶段,地温、地压等因素对煤矿工程的影响越来越严重,这对深部煤系岩石物理力学性质的研究提出了更高的要求。本论文以淮南煤田潘集煤矿外围山西组岩石为研究对象,通过现场样品选取及岩石薄片显微鉴定,对各岩性岩石结构成分进行了描述,开展了岩石的密度、纵波波速等物理性质测试以及常规条件下的抗压抗拉试验、温度条件下的单轴压缩试验、常规三轴压缩试验等,对山西组岩石在各试验条件下的物理力学性质特征进行了分析,并依托于三轴试验成果,对考虑围压效应的岩石损伤本构模型参数进行了求解。研究成果对山西组煤层开采的顶板管理、巷道维护以及工程安全性预测等有一定的指导意义。取得的主要成果有:
  (1)同一岩类岩石的密度、纵波波速等物理指标以及抗压强度、抗拉强度、弹性模量和泊松比等力学指标存在较大的离散性,揭示了煤系岩石沉积特征对其物理力学性质的主控作用。
  (2)温度对煤系岩石的力学性质有一定的影响,各岩性岩石的抗压强度、弹性模量、变形模量均随着温度的升高出现不同幅度的增大,泊松比随着温度的升高而减小;随温度升高,水分蒸发使煤系岩石硬化而强度增大,煤系岩石的成分和结构是造成部分岩性力学性质波动变化的主要原因。
  (3)砂岩类的抗压强度、粘聚力、弹性模量随着围压的增加均呈现出明显的增大趋势,内摩擦角则呈现减小的趋势,变形模量表现为先增大后减小的特征;其破坏形式为随着围压的增大由以张为主的破裂转变为剪切破裂,转变围压的阈值在15MPa左右。
  (4)基于前人单轴压缩下岩石损伤本构模型的研究成果,以细砂岩三轴压缩试验数据为依托,通过分析模型参数围压的关系,对考虑围压效应的细砂岩的损伤统计本构模型参数进行了求解,对比分析表明,所求参数较为合理。
[硕士论文] 徐宝超
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源开采过程中,会遇到各种地质灾害问题,其中采动条件下,断层活动引发的一系列矿井事故造成了巨大的经济损失和人员伤亡。这引起了矿山人们广泛的关注和高度的重视,正设法采用相关监测技术手段和方法来研究采场断层活动发育的规律。目前,对于采场断层活动规律的研究单一方法过多,定量化程度不高,探测精度难以保证。因此,综合利用相关监测技术和数值模拟手段对采动影响下的断层活动性进行有效的探测和分析,发现其变化规律和演变机理对于矿山煤层安全、高效生产具有重大的意义。
  本文首先介绍了孔间电阻率CT法和布里渊光纤应变测试法2中测试手段的工作原理、采集方式以及后期数据的处理分析方法;接着结合淮南某矿区的地层条件,运用FLAC3D软件建立不同断层倾角、落差、采动方向的开采模型,研究模型开采过程中断层接触面位置相对位移和剪切应力的时空演化规律,揭示了不同影响因素下断层产生活化时的响应特征;最后分别构建孔间电阻率CT法和光纤应变测试法2种现场原位方法的测试系统,根据地电场和应变场的响应特征进行断层活化带区域围岩的裂隙发育及其演化规律研究。主要获得的结论如下:
  (1)基于FLAC3D数值模拟方法对不同倾角、不同落差、不同开采方向的正断层进行相对位移、剪应力变化规律的分析和研究表明:在单一影响因素改变时,低角度正断层附近岩体发生的相对位移和受到的剪应力较高角度正断层大,容易产生活化;正断层落差越大,在断层下盘煤层顶板一定高度处发生的相对位移和受到的剪应力越大,该位置越容易产生活化;对于正断层而言,从断层下盘开采时,采动对断层面的影响较断层上盘开采有更明显的相对位移、剪应力响应特征,在煤层底板断层带附近,可能受到采动的影响最容易产生活化。
  (2)孔间电阻率CT法和光纤应变测试法2种现场原位测试方法系统的构建,对采场顶底板断层活动性发育规律进行全方位、多角度的监测,其中视电阻率反演结果确定了淮南潘二矿11223工作面底板断层影响下煤层开采导致的破碎裂隙带深度范围为20m,且底板灰岩水并没有因为这一范围内的断层带裂隙而导通上移;光纤应变监测结果显示潘一东矿区1231(1)工作面顶板FS2断层面附近受采动的影响应力比较集中,沿着断层面位置容易产生剪切滑动,且根据由该断层应力分布特征和煤层开采之间的关系,提出保护煤柱的合理宽度应该大于60m。
  (3)孔间电阻率CT法作为一种传统的物探技术手段,可行性、实用性强;布里渊光纤应变测试法灵敏度强,精准度高。这2种方法无论从前期测试方案设计、现场的施工安装、后期的数据采集处理,还是到最终的监测结果解析,整个过程清晰、准确、全面地揭示了利用这2种时下成熟、有效的监测方法掌握断层活化带区域围岩的变形分布及其演化特征对于深部煤层综放开采具有重大的意义。
[硕士论文] 刘瑞
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:为获得煤中微量元素成煤环境之间的关系,本文以重庆东林、四川大宝鼎和云南勐托3个地区的主采煤层为研究对象,共采集了51个煤和岩石样品(其中煤样47个,岩石样品4个),分别对元素的含量特征及赋存状态进行研究,并结合前人的研究成果,建立了煤中微量元素的地球化学判别指标,讨论了煤中微量元素在成煤环境分析中的应用,为煤炭资源的综合利用和环境保护提供科学依据。
  本文根据对样品中主量元素和微量元素(尤其是氧化还原敏感元素)等的分析,选取有利于判别成煤环境的地球化学指标,并结合煤中特征微量元素的赋存状态的探讨,结果表明:1)东林矿、大宝鼎矿以及勐托矿煤中轻重稀土元素分异明显,轻稀土元素相对富集,稀土元素的分配模式特征大陆上地壳的分配特征基本一致,东林矿4#和6#煤中稀土元素主要是接受陆源碎屑的供应,4#煤顶板中的稀土元素可能部分来源于康滇古陆,6#煤层底板中的稀土元素可能主要受碱性火山灰的供应影响;大宝鼎矿15-3#和18#煤中稀土元素可能主要来源于江南古陆,少量的来源于康滇古陆;勐托矿褐煤中的稀土元素可能受到沉积盆地源区中风化酸性花岗岩的影响。2)由样品中Rb、Sr、Cu、Ba等元素的含量特征、古气候“C”值及MgO/CaO、Al2O3/MgO、Fe/Mn、Sr/Cu等比值可知,重庆东林矿在成煤早期可能主要是温湿的气候环境,在成煤的后期,气候开始逐渐变得干热;四川大宝鼎矿15-3#和18#煤在由温湿向干热过渡的气候条件下形成的;云南勐托褐煤的成煤气候环境比较稳定,主要为温湿的气候条件。3)由样品中Cu/Zn、V/Cr、U/Th、Ni/Co、δCe及δEu等值的大小可知,东林矿4#和6#煤、大宝鼎15-3#和18#煤在成煤初期,沉积水体的介质条件主要是富氧的环境;勐托矿褐煤主要是在富氧的水体介质条件中沉积,期间可能出现过次富氧及厌氧(还原)的环境。4)由样品中Sr元素含量和Sr/Cu值的大小可知,东林矿4#和6#煤在成煤期间,沉积水体咸化,并且这种咸化是由海水入侵造成的;大宝鼎矿15-3#和18#煤以及勐托矿褐煤是在淡水的介质条件中沉积的。
[硕士论文] 於波
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:淮北临涣矿区水文地质条件较复杂,矿区内10煤层的开采普遍受到底板太原组灰岩含水层突水的威胁,并发生灰岩岩溶含水层突水灾害,因此研究灰岩含水层水文地质条件、地下水动态特征和灰岩水的疏放性,采取有效的灰岩水防治方法和措施,实现煤矿的安全生产,具有十分重要的意义。
  本文通过研究区太原组1~4灰岩岩性、渗透系数、浆液消耗量、测井曲线等资料的收集整理,对临涣矿区太原组灰岩的地层沉积特征、岩溶发育特征和控制机理进行了系统的分析。另外,在分析灰岩水水动力、水化学特征的基础上,利用Visual modflow软件模拟地下水位的动态变化,为太灰水的疏放性分析和10煤底板灰岩水的防治提供参考。取得的主要成果有:
  1、矿区灰岩岩溶裂隙以溶隙和溶孔为主要发育形态,裂隙发育和灰岩层埋深呈负相关关系;太原组三灰、四灰比一灰、二灰岩溶发育好,区内-500m以深的岩溶发育差;太灰岩溶的发育主要受灰岩成分、地质构造、地下水径流条件控制。
  2、通过灰岩水化学流场的分析,将矿区划分为东部、西北部和西南部三个水文地质亚单元;对灰岩水水动力特征和地下水径流条件的研究表明太原组灰岩水补给不充分,交替循环弱,垂向上可划分为滞留带、弱径流带和强径流带。
  3、通过矿区抽放水试验及水文地质条件的分析,建立了太原组灰岩含水层的概念模型和数学模型。在对模型进行识别和验证后,获得了研究区的水文地质参数,并模拟了地下水流场的动态变化过程,其结果为太灰水的疏放性评价提供了重要的参考依据。
  4、结合淮北矿区防治水的经验,提出研究区灰岩水防治采用“疏水降压、限压开采”为主,“局部注浆改造、抗压开采”为辅的防治水模式。
[硕士论文] 高加林
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:淮南煤田位于华北板块南缘,在长期地质演化过程中形成了复杂的构造系统。本文在整理、分析淮南煤田大量基础地质资料上,采用野外地质调查、构造地质统计、构造区块划分及形态分析等方法开展地质构造的性质、产状、几何形态特征等研究,探讨了区内地质构造形成机制演化过程,并获得了以下研究成果:
  1、褶皱主要在中部复向斜构造带发育,从产状上来说多为走向近EW,轴面倾向S,枢纽向E倾伏水平斜歪褶皱。
  2、淮南煤田受多期多方向构造运动控制,发育不同性质、不同方向、不同形态的断裂构造。
  3、就区内大中型断层而言,按倾向可分为5组,以倾向SSW向的断层为主,N、NWW、SEE、NNE向断层次之;其中SSW、N、NWW、SEE向有正断层发育;SSW、NNE向逆断层较发育。
  4、根据断层形成时的力学性质,将区内断层构造划分为造伸展型、挤压型、走滑型、反转型四类,并分析了上述类型断层的几何形态、运动特征及形成过程。
  5、淮南煤田现有的构造格局是在煤系地层形成后,经历印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动、新构造运动共同作用的结果,其中印支运动燕山运动是区内构造演化过程中最关键两个阶段,即印支运动初步形成了淮南煤田近东西向断裂展布和对冲式推覆构造和挤压复向斜构造格局,燕山运动不但改造了先期形成构造格局,还形成NNE和NWW向的正断层,在煤田范围内自东向西形成了阶梯状断层。
[硕士论文] 吕禹
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:孔庄矿近几年由于矿井开采深度的增加,深度的增加导致了地下水压力逐渐增大,灰岩含水层中的四灰水顺着裂隙、断裂构造带涌入矿井,从而对矿井生产产生威胁。因此有必要对孔庄矿灰岩含水层进行地下水数值模拟研究,从而为矿井开采提供可靠的理论依据,大大降低了矿井水害问题及安全生产事故的发生。
  基于国内外相关研究及孔庄矿自然地理、水文气象、社会经济、水文地质条件等,采用GMS软件建立研究区地下水流模型,包括水文地质层的三维立体可视化模型和数值模型。首先利用GMS软件中的TIN和SOLID模块建立了研究区三维立体地层模型,其次通过MODFLOW模块建立了研究区灰岩含水层地下水数学模型。以2012年1月至2013年1月作为模型的识别期,2013年1月至2014年1月作为模型的验证期确定了所建模型的可靠性。得出的主要结论成果如下:
  (1)所建三维地层模型包括孔庄矿含水层模型和以8煤底板为上边界,以灰岩含水层中钻孔揭露深度为下边界的模拟范围内的三维地层模型。通过前者得出了孔庄矿含水层的空间组合关系,根据后者得出灰岩含水层顶部覆盖着较厚一层的泥岩,故将其作为灰岩含水层顶部的隔水边界,为建立灰岩含水层数学模型提供了依据;
  (2)根据矿井资料并基于MODFLOW模块对灰岩含水层进行概化,将孔庄矿灰岩含水层概化为非均质,各向同性的三维非稳定流问题,同时进行边界条件概化及源汇项的处理,建立孔庄矿灰岩含水层水文地下水数值模型;
  (3)通过对灰岩含水层模型进行识别得出观测孔实际水位和计算水位的绝对误差,研究区共有5个长观测孔共有65个节点,其中有73.9%的节点误差小于0.5m,26.1%的节点误差大于0.5m,同时计算流场实际流场的拟合程度较好,计算流场基本上反映了灰岩含水层的地下水的流动趋势。由此可见孔庄矿灰岩含水层识别模型所对应的水文地质模型实际水文地质模型是基本吻合的,边界概化较为合理,源汇项处理较正确,参数分区较为合理,参数基本正确。
[硕士论文] 丁美青
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:断层构造探查是城市地质调查中一项重要内容,利用反射地震勘探方法可以探查其位置,评价其特征。受方法本身所限,浅层地震勘探存在诸多影响因素,其对断层构造等地质异常的探查分辨率相对较低,开展该类方法技术研究具有重要的实践应用价值。论文通过理论分析、数值模拟及探查实验等方法,对浅层环境断层的反射波波场响应特征进行研究,讨论其方法适用性。
  论文以二维粘弹性波动方程的有限差分法和反射波的基本理论为基础,对浅层岩土层物性差异、地震地球物理特征、浅层地震勘探方法等进行分析研究。构建二维断层理论地质模型模拟浅层地质条件下断层的各个要素,采用Ricker子波为震源激发、完全匹配层吸收边界条件,针对断层活动性、埋深、断层倾角以及断裂带宽度等断层要素进行高精度二维粘弹性波动方程的有限差分数值模拟运算,通过对比单炮记录、时间剖面和瞬时属性剖面等模拟结果,从波组相位、振幅、频率切入,揭示其波场响应特征,分析其影响因素及特点。试验结果表明:反射地震勘探时,瞬时相位剖面对断层破碎带产生的绕射波较为敏感,探测效果优于时间剖面;瞬时振幅剖面和瞬时频率剖面可有效地对断层埋深、破碎带宽度及断层倾角进行定性和半定量探测。实际工程探测试验中,可联合瞬时属性剖面,佐证时间剖面进行断层构造的识别和追踪。舜耕山断层泉山段的探测试验,进一步表明,在叠加剖面基础上,利用多属性剖面可以增强对地下断层构造的识别效果。
  论文最后指出复杂地质条件下浅层地震勘探方法的不足和建议,特别是加入相干噪声后的二维粘弹性有限差分数值模拟和地震资料的频率属性的进一步研究,总结加入相干噪声后的断层构造波场响应特征及输出高分辨率频率属性剖面,为后续工程实践提供理论依据。
[硕士论文] 黎志豪
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:淮南煤田位于华北板块南缘,为典型北方岩溶地区之一,推覆体构造和岩溶现象较为发育。其地表岩溶地质灾害制约着城市的发展,地下岩溶发育引发的矿山地质灾害时有发生,严重威胁着居民生活质量和矿山安全生产。本文通过野外地质调查、岩溶露头观测、构造水文地质统计及数值模拟等方法,研究了淮南煤田露头区和隐伏区碳酸盐的岩性结构、构造展布及地下水流等对岩溶发育程度控制影响,揭示了岩溶形成发育规律,构建岩溶发育模式,并探讨其形成机理,得出以下主要结论:
  1.淮南煤田岩溶发育的主要层位集中在马家沟组灰质白云岩、崮山组中厚层鲕粒灰岩泥灰岩接触带、张夏组和毛庄组厚层鲕粒灰岩中。
  2.该地区岩溶发育程度是碳酸盐岩的岩性结构、多期地质构造以及地下水流共同作用的结果,其中岩溶发育程度较高以厚层状灰岩为主、灰质白云岩次之。
  3.构造控制岩溶发育的位置、形态及方向,区内NNE向和NW向为岩溶优势发育方向,且多组裂隙交汇处岩溶发育;岩体中节理的产状、密度以及充填物控制着岩溶发育的程度。
  4.地下水动力条件是影响着岩溶发育规模条件之一,矿山排水是浅部覆盖型岩溶塌陷主要诱发因素之一。
  5.依据岩溶埋藏类型,其岩溶发育模式为裸露型、覆盖型以及埋藏型三种。从成因机制上,裸露型岩溶又细划为构造破坏-潜蚀发育模式、构造破坏-岩性组合的潜蚀发育模式;覆盖型岩溶归纳为重力荷载-矿山排水诱发的潜蚀发育模式;埋藏型岩溶分为生长型、衰退型以及死亡型三种古岩溶发育模式。
  6.采用数值模拟方法,揭示了不同构造阶段下地下水流作用过程及其岩溶发育演化过程。
[硕士论文] 齐瑞
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:水害长久以来都是煤矿及各类矿床在采掘过程中所面临的主要灾害事故之一,也是制约矿产安全可持续开采的主要因素。水害防治的首要任务是迅速确切地判断矿井涌水来源,进而有针对性的开展下一步水害防治工作。
  潘北井田沉积环境以及控水构造在很大程度上制约了矿区地下水运动,矿井主要充水水源为老空水、煤系砂岩水、新生界下含水和太灰水。由于采动破坏,各含水层之间的水力联系较为密切,矿井水文地质条件变得更加复杂,需要建立综合突水水源判别模型来快速确定矿井突水来源,确保矿井水害防治工作高效进行。
  收集并分析潘北矿的水文地质资料、矿井主要含水层水样测验资料以及相关地球化学数据,通过Piper三线图、Durov图、Stiff图等来分析矿井主要充水含水层水化学特征,结果显示各充水含水层水样的水化学特征相似度比较高,较难区分开来。运用主成分分析法剔除水样中的无效信息和可能对后续建立模型造成干扰的信息,并借助SPSS和Matlab建立基于主成分分析的贝叶斯判别模型、多项Logistic回归模型及BP神经网络模型,交叉验证各判别模型的正确率,多项Logistic回归模型识别水样总体准确率达到79.6%;贝叶斯判别模型初始验证总精度为55.6%;BP神经网络综合判别正确率为88.24%。对比分析各个判别模型的优点和不足,确保快速准确判别突水水源所属含水层,保障矿井安全生产,并为类似矿井的水害防治工作提出可靠的参考依据。
[硕士论文] 孙斌杨
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤层开挖过程中,采场覆岩变形破坏特征是矿井安全生产的一项重要参数,需要利用相应的技术手段对其进行精确探测,为生产提供有效的技术支撑。文章利用数值模拟对采场覆岩变形破坏进行研究,并基于岩体破坏后自身物性差异,通过分析采场覆岩应变场、地电场响应特征,提出采用BOTDR和电阻率CT对其进行现场监测,所获得的动态测试效果显著,适用性强。
  依托内蒙鄂尔多斯盆地色连二矿12309工作面开采地质条件,通过FLAC3D构建3-1煤覆岩变形破坏的数值模型,根据3-1煤实际回采进度进行采动破坏特征模拟。结果表明:开挖初期顶底板卸压区域呈拱形分布,并且随着开挖距离的加大,拱形半径和范围也在不断加大;后期由于顶板岩层垮落,重填压实采空区,卸压区域的拱形特征逐渐消失。采场覆岩应力状态呈“马鞍状”分布,主要承受剪切破坏,导水裂缝带发育高度为59.2m;覆岩位移量随着开挖持续增加,最大可达0.083m。
  基于3-1煤地质条件及数值模拟结果,合理布设井下监测系统。利用分布式光纤传感测试技术中的布里渊光时域反射测量技术(BOTDR)和二维并行电法中的钻孔电阻率CT对3-1煤层开采过程中覆岩变形破坏的应变场、地电场进行综合测试研究。结果表明:煤层回采过程中,覆岩变形破坏优先发生于弹性模量较小的岩层以及软硬岩层分界面附近;超前应力影响范围为30m,煤层项板上方17.5m-34.5m为关键层所处位置,覆岩垮落带发育高度为17.5m,导水裂缝带发育高度为54.5m;3-1煤层平均回采厚度为2.5m,则垮落/采厚比为7倍,裂高/采厚比为21.8倍。
  综合采用三种技术方法(FLAC3D、BOTDR、电阻率CT)对3-1煤层回采中覆岩变形破坏规律进行研究,所得技术参数在误差范围内基本一致。三种方法的相互佐证,较单一方法的应用,大大提高了测试结果的有效性和准确度,可为矿井水害的防治、巷道围岩失稳、保护煤柱的留设等提供一定的技术支持,为矿井安全高效的生产提供保障。
  然而受测试条件所限,利用光纤及电法进行现场测试时仍需解决相关问题,包括钻孔传感系统布设时的注浆耦合、钻孔参数优化、传感单元的选型以及数据定量精细化解释等需要得到进一步研究。
[硕士论文] 朱宁宁
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文对袁店二井煤矿83采区研究范围内松散含水层下开采的安全煤岩柱留设展开研究,系统收集整理了相关水文、地质生产资料,并结合补勘试验对含、隔水层的分布规律和物理力学、水理性质参数进行科学分析。通过对矿井资料整理分析发现:袁店二井煤矿83采区研究范围内松散层底部隔水层(三隔)厚度大、分布稳定,能够有效隔绝含水层间水力联系;底部含水层(四含)为弱富水性且渗透性差,参照《“三下”开采规范》为Ⅱ级采动等级;采区基岩风化带隔水性良好,为中硬强度类型覆岩。本文通过收集大量矿井“两带”高度实测数据,建立BP神经网络数学模型和FLACD3D煤层开采计算模型,分别模拟研究了顶板破坏的“两带”特征。论文在按照《“三下”开采规范》《煤矿防治水手册》等行业规范计算要求的基础上,结合“两带”高度的预计值本矿井实测值综合考虑,得出袁店二井煤矿83采区研究范围内合理煤岩柱留设高度开采上限标高,并通过顶板突水危险性评价对研究给定结果进行了综合安全性验证。研究结果确定了新的回采上限,对矿井的安全经济开采有指导意义,一定程度上节约了国家宝贵资源
[硕士论文] 张好
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国的煤炭资源消耗量的日益增加,为使煤炭资源产量尽可能地满足人类的需求,现阶段的采煤工作工作已逐步向着深度大、地质条件复杂的区域发展。但是随着采煤深度的不断增加,采煤工作所面临的风险性也越来越大,在煤矿开采过程中受深部煤层底板灰岩水的威胁日益加剧。祁南矿自投产以来未发生过较为严重的突水事故,而其临近的桃园煤矿发生过严重的矿井突水事故,造成了巨大的损失,为预防祁南矿发生类似严重的突水事故,使其安全开采,对祁南矿深部太原组灰岩水的深入研究十分有必要。
  文章在查阅国内外相关的深部灰岩水研究现状文献资料基础上,以祁南矿101采区(扩大)为例,运用水化学热力学、水化学动力学地质、水文地质学等多种理论知识相结合的方法,实现对祁南矿101采区(扩大)太灰含水层水文地质条件的定量评价;其次,利用放水试验结果,运用Aquifertest软件求取研究区的水文地质参数,并放水试验的结果进行对比研究;鉴于上述的结果,初步建立区内的水文地质概念模型及数学模型,运用Visual Modflow软件识别验证所构建的模型。同时,结合采区地质水文地质资料,利用脆弱性指数法实现对研究区突水危险性的分析,建立灰岩水的突水危险程度分区图,从而实现对祁南矿101采区(扩大)10煤底板灰岩含水层突水危险性的合理区划。最后,在前期研究工作基础上,依据祁南矿各含水层水质分析资料,建立祁南矿突水水源判别模型,为祁南矿后续的煤矿防治水工作提供有效的理论依据。通过以上研究,本文得出以下几点结论:
  (1)根据水文地球化学概念模型可知,研究区属于隐伏岩溶深层区,区内地下水循环交替缓慢,富水性差。
  (2)研究区内北部受到的太灰水补给以及南部隐伏露头区受到四含水的补给均相对较弱,径流条件差,渗透系数低,导水性较弱,反映区内太灰岩溶极不发育,连通性差,整体富水性极弱。
  (3)太灰水在放水试验过程中水质特征变化微弱,且采区内的奥灰水水质特征有明显差别,表明太灰水奥灰水之间基本无水力联系,可将太灰含水层奥灰含水层视为两个独立的水文地质系统。
  (4)采区南部为突水危险区,主要原因是南部2005观1孔附近存在一个高水位区,水压高,较高的水压易使太灰水冲破10煤底板隔水层而进入矿井。
[硕士论文] 孙斐
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤层气是一种清洁能源,可以对常规能源进行有效的补充。开发利用煤层气不仅有利于矿井的安全生产、环境的保护,还有利于改善我国的能源结构。因此,对于储集煤层气的储层特征及其吸附解吸特征的研究就显得尤为必要。随着煤矿开采深度的加深以及煤层气相关研究的不断深入,越来越多的学者开始对深部煤层气资源进行研究。
  本文将以潘集深部下石盒子组煤储层作为研究对象。通过在钻孔现场及井下收集下石盒子组煤层煤样,在实验室中对其进行煤的工业分析、压汞实验、低温氮吸附实验、等温吸附实验等一系列的实验,分析了潘集深部下石盒子组煤层的煤岩特征、孔隙特征、渗透性特征和吸附-解吸特征。通过研究温度、压力、水分含量、灰分含量以及孔隙结构等因素对于煤样兰氏体积的影响,揭示了各种因素对于深部煤储层吸附特征的影响。为了进一步研究煤储层特征对于煤层气吸附解吸特征的影响,进行了深部煤储层浅部煤储层的对比研究,收集了煤层埋深较浅的新集一矿的相关数据,并对新集一矿煤层的煤岩特征、孔隙特征、吸附特征进行了分析,在此基础上潘集深部下石盒子组煤层相关特征进行对比,以研究二者在储层特征及吸附特征方面的差异并分析差异产生的原因。
  通过研究发现:下石盒子组煤层主要为半暗型煤一半亮型煤,变质阶段为低变质烟煤至中变质烟煤,渗透率平均约0.44×10-3μm2属中渗透率煤层。各煤层中微孔和小孔发育良好,占据优势,中孔和大孔发育则较差。平衡水条件下,下石盒子组各煤层的饱和吸附量均较大,具有较好的吸附性能。通过对比研究还发现,相较于浅部煤层,深部煤层有着较高的变质程度、较高的镜质组含量和较低的水分和灰分含量,吸附孔的含量也普遍较大。这些条件使得深部煤层更利于煤层气的吸附,因而也就具有更好的开发利用价值。
[硕士论文] 韩君珂
地质资源地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:为了探明云南临沧地区褐煤中微量元素的含量特征和赋存状态,共采集了23个样品,在勐托小煤窑采集8个煤样3个煤夹矸样,在大寨锗提炼厂区采集6个煤样6个煤渣样。通过逐级化学提取、ICP-MS元素测定和XRD矿物分析等方法对勐托和大寨煤中微量元素含量特征和赋存状态进行了研究和探讨。
  用逐级化学提取和ICP-MS测试了煤样中四十余种微量元素的含量,通过中国煤和世界煤中相应元素的含量对比,发现勐托大寨煤样中均有部分元素含量均值低于中国煤和世界煤。在煤样中,微量元素有不同程度的富集或显著富集,且富集的元素略有不同。勐托和大寨煤样中稀土元素含量均高于中国煤和世界煤,均LREE富集,均呈现Ce正异常,Eu负异常。
  逐级化学提取数据显示:15种元素的六种结合态中,除了Mn、Sr、Mo和Cd元素外,其余元素的水溶态和离子交换态含量较低;Mn、Co、Cu、Zn、V、Se、Be、Cd、Pb和Sr元素的碳酸盐结合态含量相对较高;Cu、Zn、T1和Ni元素的黄铁矿结合态占了近1/5比例;Cr、As和Sb元素的有机结合态所占比例较高,Co、Li、Ti、Ni、Cu和Be等元素也占有一定比例;经过最后一步的微波消解,Li、Ti、Cr、Sb和T1等元素大量的释放出来,所以它们的硅酸盐结合态所占比例都很高,明显赋存于硅酸盐结合态中。
  煤样灰分的相关性显示:Co元素具有有机亲和性;Li、V、Cr、Ni、Ga和Pb等元素具有明显的无机亲和性;Be、Cu、Zn、Ge、As、Sr、Cd和Sb等元素兼具有机亲和性和无机亲和性。
  XRD分析的结果表明:煤样中的硅酸盐类矿物有高岭石、伊利石、鲕绿泥石、钠长石和钙长石;氧化物类矿物有石英和金红石;硫酸盐类矿物有烧石膏。
  聚类分析结果表明:煤样中的15种微量元素可分为三大类,Li、Ga、V、Cu、Cd、Pb、Cr、Ni和Zn等元素为黏土矿物吸附类;Ge、Sb和As三种元素,为有机结合类;Be、Co和Sr三种元素,赋存形式较为复杂,有待进一步研究。
  因子分析结果表明:因子F1中Li、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ga、Cd和Pb有较高因子荷载,称F1为无机结合态因子;因子F2中Be、Co和Sr有较高因子荷载,称F2为赋存状态不确定因子;因子F3中Ge和Sb有较高因子荷载,称F3为有机结合态因子Ⅰ;因子F4中As有较高因子荷载,称F4为有机结合态因子Ⅱ。
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