金矿深部资源具有成为全国黄金产业龙头的巨大潜力,胶东金矿是中国最重要的金矿集中区,位于胶东西北部的焦家金矿区作为典型的“焦家式”金矿长期以来缺乏系统的水文地质研究。由于金矿主要沿焦家主断裂下盘分布,采场裂隙发育,围岩不稳。随着开采深度的增加,开采条件和水文地质条件更加复杂,围岩应力不断增大,空间结构被破坏,围岩应力场和地下水流场时空分布更加复杂,矿井水组成成分复杂,来源不明,严重影响金矿的进一步开采。因此,进行矿井涌（突）水水源识别、涌水量预测及涌（突）水强度分区综合评价,不仅能为现场的矿井水害防治工作提供理论依据,而且能够为避免突水事故的发生提供可应用的成果。本论文以焦家金矿区浅部转深部开采为研究背景,基于同位素测试、关联度分析等方法建立了 PCA（主成分分析法）-EWM（熵权法）-HCA（聚类分析法）涌（突）水水源识别模型。基于GMS（Groundwater Modeling System）软件建立了三维地下水流数值模型研究地下水流场、涌水量和水化学变化规律特征。基于FLAC3D软件建立了三维地质力学模型,研究金矿开采过程中围岩运移、应力场变化、塑性区破坏和断层面滑动特征规律。结合上述分析,利用多源信息融合技术,融合含水层富水性、构造复杂程度、渗透性、水动力条件、含水层厚度和水压6个影响因子,对研究区涌（突）水强度进行定量评价。主要研究成果如下:（1）通过同位素测试、水化学特征示踪分析等方法,得出矿井深部开采的主要涌（突）水水源为断层下盘构造裂隙水,其次是断层上盘构造裂隙水,而基岩风化裂隙水和第四系孔隙水很难进入矿井。随着开采深度的增加,矿井水与断层上、下盘构造裂隙含水层的水力联系更加密切,海水入渗补给增强。（2）通过地形地层、水文地质资料等建立了地下水数值模型,得出矿井排水为主要的排泄方式,在矿区已出现明显的降落漏斗,地下水处于负均衡状态。随着开采深度的增加,涌水量增加,同一水平随着开采的进行涌水量最终趋于稳定。裂隙含水层地下水的大体流向为自东南向西北,断层对地下水的流动有一定的阻隔作用。（3）通过岩体力学性质等建立了三维地质力学模型,得到采场中间位置垂向位移大而两边位移小,断层上盘位移明显大于下盘,一般在开采一个新水平的初期,断层剪切方向的位移量最大。在采场的前后方形成应力集中区,靠近断层的一端压应力小于远离断层的一端。塑性破坏区沿断层下盘呈条带状分布。根据覆岩破坏、裂隙发展与应力变化特征,将采场上覆岩层分为四个区域,即矿压破碎带,裂隙扩展带,裂隙扰动带和原岩应力区。（4）选取含水层富水性、构造复杂程度、渗透性、水动力条件、含水层厚度和水压6个影响因子进行多源信息融合,然后根据涌（突）水强度指数分区阈值将研究区划分为强涌（突）水区、中等涌（突）水区和弱涌（突）水区三个区域。涌（突）水强度指数整体呈自东向西逐渐增大的趋势,在研究区的中西部的涌（突）水强度最大。开采-700 m～-900 m水平时,采场持续处于强涌（突）水区。
基本信息
| 题目 | 山东焦家金矿区深部开采涌（突）水水源识别与涌（突）水强度预测研究 |
| 文献类型 | 博士论文 |
| 作者 | 王颖 |
| 作者单位 | 山东科技大学 |
| 导师 | 施龙青 |
| 文献来源 | 山东科技大学 |
| 发表年份 | 2020 |
| 学科分类 | 工程科技Ⅰ辑 |
| 专业分类 | 矿业工程,安全科学与灾害防治 |
| 分类号 | TD745 |
| 关键词 | 焦家金矿区,涌突水水源识别,采动围岩结构力学响应,地下水流场,涌突水强度评价 |
| 总页数： | 191 |
| 文件大小： | 21678k |
论文目录
| 摘要 |
| Abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 胶东地区金矿开采面临的水文地质研究方面的问题 |
| 1.4 研究内容和研究方法 |
| 2 地质与水文地质条件 |
| 2.1 自然地理 |
| 2.2 地质概况 |
| 2.3 水文地质概况 |
| 2.4 充水因素 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 涌（突）水水源识别与验证 |
| 3.1 同位素示踪分析 |
| 3.2 水化学特征示踪分析 |
| 3.3 PCA-EWM-HCA判别模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 焦家矿区地下水流场特征、涌水量预测及溶质运移规律 |
| 4.1 模型理论建立与步骤 |
| 4.2 水文地质概念模型 |
| 4.3 建立数值模型 |
| 4.4 模型检验与涌水量预测 |
| 4.5 溶质运移 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 采动围岩运动力学响应机制 |
| 5.1 力学建模 |
| 5.2 三维模型建立 |
| 5.3 结果分析讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 涌（突）水强度综合评价 |
| 6.1 影响因子 |
| 6.2 涌（突）水强度分区评价 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 结论和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
参考文献
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