【正文】 難以進(jìn)行通常的數(shù)值計(jì)算 。 數(shù)值法為研究這類問題開辟了新的途徑 ， 它和電字計(jì)算機(jī)結(jié)合起來可以解決很多過去難以解決的復(fù)雜問題 。因此 ， 它能夠使所考慮的數(shù)學(xué)模型更接近于實(shí)際的水文地質(zhì)條件 。 數(shù)值法本身是一種求近似解的方法 。 但應(yīng)指出 ， 實(shí)際工作中所碰到的問題往往只要求得到具有一定準(zhǔn)確程度的近似解 。 當(dāng)近似解的近似程度能滿足實(shí)際工作的精度要求時(shí) ， 這種近似解的價(jià)值顯然是毫不低于嚴(yán)格的精確解 （ 解析解 ） 的 。 更何況數(shù)值法能使所考慮的數(shù)學(xué)模型更接近于實(shí)際的水文地質(zhì)條件 ， 而解析法在這點(diǎn)上是難以做到的 。 而且嚴(yán)格說來 ， 在推導(dǎo)基本微分方程時(shí) ，已經(jīng)作了一些簡化和假定 ， 由于定解條件本身也或多或少地有一定的近似性 ， 所以 ， 所謂嚴(yán)格的精確解其實(shí)也還是近似的 。 在水文地質(zhì)計(jì)算中常用的數(shù)值法有有限差分法和有限單元法等 。 一 華北型煤田立體充水地質(zhì)結(jié)構(gòu)理論 根據(jù)對華北型煤田剖面 、 平面和水力內(nèi)邊界的水文地質(zhì)特征的系統(tǒng)綜合分析 ， 本技術(shù)首次提出了煤礦井立體充水地質(zhì)結(jié)構(gòu)的新理論 。 同時(shí) ， 依據(jù)內(nèi)邊界在空間展布的幾何形態(tài)特征 ， 將其劃分為四種基本類型 ， 即點(diǎn)狀巖溶陷落柱型內(nèi)邊界 ， 線狀斷裂 (帶 )、 裂隙型內(nèi)邊界 ， 窄條狀隱伏露頭型內(nèi)邊界和面狀裂隙網(wǎng)絡(luò) (局部面狀隔水層變薄區(qū) )型內(nèi)邊界 。 根據(jù)四種基本類型的不同組合形式 ，介紹了煤礦井不同的復(fù)合內(nèi)邊界類型和它們的礦井水文地質(zhì)特征 ， 同時(shí)指出 ， 內(nèi)邊界是煤礦井立體充水地質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的核心 ， 搞清楚內(nèi)邊界是徹底解決華北型煤田日益嚴(yán)重的水害問題的關(guān)鍵 。 第七節(jié) 礦井防治水新技術(shù)簡介 二 華北型煤田排 供 生態(tài)環(huán)保三位一體優(yōu)化結(jié)合技術(shù) 隨著華北型煤田各大含煤盆地地下水的疏排和水資源不合理開發(fā)，排、供、生態(tài)環(huán)保之間的沖突與矛盾日益加劇。有效解決這類問題的方法就是在保證生態(tài)環(huán)境質(zhì)量前提下，維持地下水系統(tǒng)多年收支動(dòng)平衡，提高礦井水資源化的綜合利用程度，本技術(shù)率先提出的排、供、生態(tài)環(huán)保三位一體優(yōu)化結(jié)合的新思路，較好地解決了結(jié)合系統(tǒng)中因排水子系統(tǒng)排水量變化而引起供水子系統(tǒng)供水不穩(wěn)的難題。同時(shí)，三位一體化結(jié)合系統(tǒng)不僅考慮了水力技術(shù)方面的管理，而且也注意了經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、環(huán)境和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等多方面可持續(xù)性發(fā)展的約束要求。這套新思路突破了排、供、生態(tài)環(huán)保三個(gè)不同部門傳統(tǒng)的固步自封，各立門戶的封閉局面，使礦坑排水預(yù)測、供水資源管理、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)等工作同步進(jìn)行，避免了大量重復(fù)的勘探和專門評價(jià)管理工作與資金投入，并大大提高了整體評價(jià)計(jì)算精度。本技術(shù)針對焦作礦區(qū)典型地段日益嚴(yán)重的礦區(qū)排水、供水、生態(tài)環(huán)保三者之間的矛盾問題，提出了一個(gè)由多種約束條件限制的以最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)函數(shù)的經(jīng)濟(jì) 水力優(yōu)化管理方案，這個(gè)方案為妥善解決該地區(qū)可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略問題提供了極其重要的科學(xué)依據(jù)。 三 煤層回采前方小構(gòu)造預(yù)報(bào)的地理信息系統(tǒng)（ GIS） 技術(shù) 針對煤炭生產(chǎn)目前急需解決的工作面回采和巷道掘進(jìn)前方小構(gòu)造預(yù)報(bào)的實(shí)際難題 ， 本技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的地理信息系統(tǒng) （ GIS） 知識 ， 依據(jù)煤礦生產(chǎn)過程中所能收集到的大量但廉價(jià)的煤層開采信息和礦井構(gòu)造分析與物探資料以及鉆探成果等 ， 采用了一套全新的多源地學(xué)信息復(fù)合疊加研究思路 ， 首次建立了礦井小構(gòu)造預(yù)報(bào)的地理信息系統(tǒng)物理概念模型 ， 總結(jié)提出了具體的預(yù)報(bào)工作程序和研究方法 ， 開辟了一個(gè)應(yīng)用潛力十分廣闊的小構(gòu)造預(yù)報(bào)的新的研究領(lǐng)域 。 四 煤層頂板涌 （ 突 ） 水條件定量評價(jià)的 “ 三圖 雙預(yù)測法 ”技術(shù) 針對我國煤礦區(qū)日益嚴(yán)重的頂板涌 （ 突 ） 水問題 ， 本技術(shù)首次提出了解決煤層頂板涌 （ 突 ） 水條件定量評價(jià)的 “ 三圖 — 雙預(yù)測法 ” 。 這套新思路已分別在開灤荊各莊礦和東歡坨礦均得到了成功地應(yīng)用 。 通過分析荊各莊礦礦井水文地質(zhì)背景 ， 本技術(shù)首先對煤 9頂板直接充水含水層的富水性和開采頂板冒落的安全性進(jìn)行了分區(qū)研究；在此基礎(chǔ)上 ， 復(fù)合疊加二者分區(qū)特征 ， 提出了煤 9頂板冒落涌 （ 突 ） 水條件綜合分區(qū)的劃分方案；最后運(yùn)用國際最先進(jìn)的Visual Modflow 三維水流與水質(zhì)可視化專業(yè)軟件對即將回采的 2092393兩工作面的工程涌水量和頂板直接充水含水層的采前預(yù)疏放方案進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)測 。 因此 ， 本技術(shù)在應(yīng)用多源地學(xué)信息復(fù)合原理進(jìn)行充水含水層富水性綜合分區(qū) 、 和據(jù)煤 9覆巖段巖性巖相變化特征校正沿用 《 規(guī)范 》 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算裂隙帶高度 、 以及運(yùn)用國際上最先進(jìn)的可視化專業(yè)軟件進(jìn)行回采工作面整體和分段工程涌水量預(yù)測等方面 ， 在學(xué)術(shù)上具有一定進(jìn)展 ， 在整個(gè)華北型煤田的頂板涌（ 突 ） 水條件定量評價(jià)方面具有極其重要的推廣應(yīng)用前景 。 五 可視化地下水模擬評價(jià)新型軟件系統(tǒng) （ Visual Modflow)與礦井防治水 由于系統(tǒng)化和可視化等特點(diǎn) ， Visual Modflow作為目前國際上最盛行的三維地下水資源模擬評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)軟件系統(tǒng) ， 同時(shí)由于系統(tǒng)的軟硬件運(yùn)行環(huán)境要求不高 ,我國目前大多數(shù)科研 、院所和生產(chǎn)單位均可滿足提供 ， 因此 ， 這套系統(tǒng)應(yīng)該在我國有關(guān)行業(yè)迅速普及推廣 。 這是盡快消化吸收發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)科學(xué)技術(shù) 、 與國際科技界接軌的迫切需要 。 Visual Modflow在我國礦井防治水研究中應(yīng)用潛力巨大 ， 特別是三維溶質(zhì)運(yùn)移模擬 、 流線示蹤模擬和任意均衡域的水均衡計(jì)算等 ， 開灤礦務(wù)局東歡坨礦煤層 8頂板涌 （ 突 ） 水條件定量研究課題對它的成功應(yīng)用說明 ， Visual Modflow可為合理制定礦井防治水決策方案提供重要的科學(xué)依據(jù) 。 [河北開灤范各莊礦 2171工作面陷落柱奧灰突水事故為例 ] 一 水害概況與發(fā)生經(jīng)過 1984年 6 月 2日 10時(shí) 20分 ， 范各莊礦 2171綜采工作面發(fā)生了世界采礦史上罕見的透水災(zāi)害 ， 奧陶系巖溶強(qiáng)含水層的高壓承壓水經(jīng)導(dǎo)水陷落柱潰入礦井 ， 根據(jù)淹沒體積測算 ， 高峰期 11個(gè)小時(shí)平均涌水量為 123180m3／ h（ 2053m3／ min） ， 歷時(shí) 20小時(shí) 55分鐘 ， 便淹沒了一個(gè)年產(chǎn) 310萬 t、 開采近 20年的大型機(jī)械化礦井 。 9名工人未及撤出遇難 。 6月 6日 15時(shí) 30分 ， 當(dāng)范各莊礦井淹沒水位上升到－ 時(shí) ， 突然下降了 14． 80m， 涌水又突破范 、 呂兩礦邊界煤柱而潰 入 相 鄰 的 呂 家 坨 礦 ， 最 大 過 水 量 達(dá) 233281m3 ／ h（ 388． 8m3/min） ， 致使呂礦也遭淹沒停產(chǎn) 。 第八節(jié) 礦井水害事故的典型案例分析 6月 25日 ， 當(dāng)呂家坨礦井淹沒水位上升到 207． 47m時(shí) ， 與其相鄰的林西礦井下八水平以下發(fā)現(xiàn)邊界煤柱地帶滲水 ， 最大滲水量為 1059． 6m3／ h． 隨著呂礦淹沒水位上升 ， 滲水量的增加 ， 林西礦受到了嚴(yán)重威脅而被迫停產(chǎn) ， 與其相鄰的唐家莊礦 、 趙各莊礦 ， 由于礦井之間沒有完整的隔離煤住 ， 同樣處于水害威脅之中而被迫處于半停產(chǎn)的警戒狀態(tài) 。 致使造成范各莊礦煤炭減產(chǎn) t（ 1984年 166． 7萬 t， 1985年 320萬 t， 1986年 155萬 t） 。 范各莊礦損失資產(chǎn) 27782萬元 （ 固定 24657． 7萬元 ， 流動(dòng) 3124． 3萬元 ） 。截止到 1986年 8月 31日 ， 范各莊礦治水費(fèi)已達(dá) 6011． 58萬元 ， 礦井恢復(fù)費(fèi) 9195． 91萬元 ， 停工費(fèi) 3285． 86萬元 ，犧牲職工 11名 。 加上呂家坨礦淹井及林西 、 唐家莊 、 趙各莊停產(chǎn)半停產(chǎn)共損失煤炭約 500萬 t， 共減產(chǎn) 1141． 7萬t， 治水直接損失 4． 95億元 。 思考題 １ ． 礦井充水因素分幾大類 ？ 各類特征是什么 ？ 2． 簡述礦井突水的一般預(yù)兆 3． 簡述防水煤（巖）柱留設(shè)的一般原則。 4。 簡述 煤層頂板水害評價(jià)的“三圖 — 雙預(yù)測法”思路 5。 簡述煤層底板水害評價(jià)的“脆弱性指數(shù)法”思路 6。簡述探放水的基本原則 7。簡述疏干過程的基本程序 參考文獻(xiàn) . 煤礦安全手冊 . 北京：煤炭工業(yè)出版社 ，1992 ， 金玉潔著 . 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