采矿扰动下含水层参数多尺度变化特征及尺度效应研究

Mining could alter the structure and property of geological meterials,which in turn would lead to the changes of groundwater circulation and resource attribution. Aquifer parameters are very important indices to characterize the processes. The proposed project is aimed at exploring the spatial and temporal changes of aquifer parameters induced by mining in multi-scales. Isotope and hydrogeochemistry approaches will be employed to identify the groundwater system. A long-term well water level observation is planned to perform in multi-wells with high recording frequency. The aquifer parameters will be calculated by using the tidal response methods and well water level data obtained from long-term observations. The temporal change of aquifer parameters will be evaluated by repeatedly computing aquifer parameters using well water level data in different time durations. Slug test will be conducted to obtain the aquifer parameters and their results will be compared with those computed by the tidal response methods. The spatial and temporal changes of aquifer parameters will be assessed by integrating the results. The study would be helpful to the understanding of the overlapped inhomogeneity of geological meterials under mining, and to the groundwater resources assessment and water inrush prevention.

矿井采掘活动会改变地质介质的结构和性质，相应地导致地下水循环条件和地下水资源属性的变化。含水层参数是表征这一变化过程的重要指标。本项目拟在充分收集资料和对研究区地下水流系统识别的基础上，通过为期3-4年的较高观测井密度、高采样频率（次/小时）的水位观测，获取地下水位长观数据，利用水位固体潮效应计算含水层参数，探究矿区、井田、"三带"多尺度含水层参数空间变化特征；通过连续的固体潮信息处理和提取，揭示采动条件下，不同尺度、不同含水层参数动态变化规律；通过注水试验和基于固体潮效应计算的同一时段含水层参数的对比分析，评价参数的尺度效应。项目的研究对于深入理解采矿导致的介质"后生"非均质性、对于变化条件下科学地进行水资源评价、对于矿井突水预测具有重要的科学意义和实际意义。

本项目以邯邢、榆林等矿区为研究区，应用地下水微动态分析、水文地球化学、数学分析、数值模拟等方法，研究采矿扰动下含水层参数的空间、时间变化规律，主要成果如下：（1）识别了矿井充水水源以及地面观测井监测层位，其中邯邢矿区矿井主要充水水源为奥灰水，榆林矿区地面观测井监测层位为直罗组，且直罗组含水层与上部第四系含水层联系较弱。（2）在榆林矿区进行长期地下水动态监测，得到大量采矿扰动下矿区地下水水位资料，利用地下水位潮汐效应反演含水层参数，其结果与抽水试验所得结果较为吻合。（3）采矿活动使工作面附近的含水层渗透性发生变化，将工作面附近观测井含水层参数的异常变化与矿区工作面回采过程联系起来，发现随着工作面的掘进，采空区范围不断扩大，煤层顶板跨落面积增大，可能会造成较大范围内的含水层渗透性变化。（4）放水试验前后，距观测孔SK11约50m的范围内，含水层参数发生了明显变化，其中储水率减小了约60％，导水系数增长数十倍，放水试验结束两个月后，该区段含水层参数逐渐恢复到原来水平。（5）邯郸废弃矿井充水过程中发生了白云石、盐岩、石膏溶解，方解石沉淀，阳离子交换作用。（6）采用Feflow地下水流模型与C++二次开发程序模拟再现废弃矿井水位回升过程，模拟结果显示地下水位回升时间为85天左右，充水量达1411.95万方，进一步验证了废弃矿井的充水机理。模拟结果表明矿井废弃后水位回升速度较快，区域上表现为漏斗消失或偏移。