, Volume 31, Issue 4, pp 353-360

Optimization of Mine Drainage Capacity Using FEFLOW for the No. 14 Coal Seam of China’s Linnancang Coal Mine

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Abstract

The hydrogeology of China’s Linnancang coal mine is very complicated. The aquifuge that lies between the no. 14 coal seam and the underlying K3 limestone aquifer is less than 20 m thick and the mine contains 10 known faults. The largest water inrush event exceeded 9.25 m3/min. Comprehensive modeling of the seepage field was undertaken to determine the appropriate water level in neighboring aquifers to reduce the likelihood of water inrush events. A 3-D hydrogeological model of the coal seam and associated aquifers was established to determine the characteristics of aquifers in the seepage field. The results, along with analysis of the existing mining conditions, showed that water levels will rise, but that if four dewatering wells were to be added in the mine area, the water levels would markedly decline. The water inflow forecast also showed that it is necessary to pump water and simulate water levels under different pumping pressure conditions. Based on this work, it appears that increasing the present drainage capacity by 30 % is economical and feasible.

Zusammenfassung

Die Hydrogeologie des Kohlenbergwerkes Linnancang, China, ist sehr kompliziert. Der zwischen dem Kohlenflöz Nr. 14 und dem darunter liegenden K3 Kalksteingrundwasserleiter befindliche Grundwassernichtleiter hat eine Mächtigkeit von weniger als 20 m. Das Bergwerk hat 10 bekannte Verwerfungen. Der größte Wassereinbruch überschritt 9,25 m3/min. Um die Wahrscheinlichkeit eines Wassereinbruchs zu reduzieren, wurde eine umfassende Modellierung des Infiltrationsbereichs zur Ermittlung der entsprechenden Grundwasserstände in benachbarten Aquiferen durchgeführt. Dazu wurde ein dreidimensionales hydrogeologisches Modell des Kohlenflözes und den damit verbundenen Aquifern geschaffen, um die Eigenschaften der Aquifere im Infiltrationsbereich festzustellen. Einhergehend mit der Auswertung der bestehenden Abbaubedingungen ergaben die Untersuchungen, dass die Grundwasserstände steigen werden. Durch die Einrichtung von vier Entwässerungsbrunnen im Abbaugebiet würden die Wasserstände jedoch merklich sinken. Durch die Vorhersage des Wasserzulaufs wurde außerdem deutlich, dass es notwendig ist Wasser abzupumpen und Wasserstände unter verschiedenen Pumpendruckbedingungen zu simulieren. Aufgrund der Resultate erscheint es wirtschaftlich und machbar, die derzeitige Grubenwasserableitung um 30 % zu erhöhen.

Resumen

La hidrogeología de la mina de carbón Linnancang en China, es muy complicada. Una fuga de agua que se encuentra entre la veta de carbón n° 14 y el acuífero de caliza subyacente K3 es de un espesor de menos de 20 m y la mina contiene 10 fallas conocidas. El mayor evento de irrupción de agua excedió los 9,25 m3/min. Un modelo exhaustivo de la filtración de campo fue utilizado para determinar el nivel de agua en acuíferos vecinos para reducir la probabilidad de eventos de irrupción de agua. Un modelo hidrogeológico 3-D de la veta de carbón y de los acuíferos asociados fue establecido para determinar las características de los acuíferos en la zona de filtración. Los resultados, a través del análisis de las condiciones mineras existentes, mostraron que los niveles de agua se incrementarán pero si 4 pozos de desagüe fueran agregados al área de la mina, los niveles de agua decrecerían marcadamente. La predicción de entrada de agua también mostró que es necesario bombear agua y simular niveles de agua bajo diferentes condiciones de presión de bombeo. Basado en este trabajo, se muestra que incrementar la capacidad de drenaje actual en un 30 % es económicamente factible.

抽象

林南仓矿(中国)水文地质条件非常复杂,14煤与下伏K3灰岩含水层之间隔水层厚度不足20 m,井田发育10条已查明断层,矿井突水事故的最大突水量超过9.25 m3/min。文章通过渗流场模拟的方法确定了14煤相邻含水层的限定疏干水位,以降低14煤开采时相邻含水层突水危险性。建立了煤层及其相邻含水层三维水文地质模型,分析了含水层渗流特性。研究结果表明:在目前开采条件下,相邻含水层的水位将仍将继续抬升;在增加4个相邻含水层疏放水孔的条件下,该含水层的水位将明显降低。同时,矿井涌水量预测结果说明,抽水及不同抽水条件下含水层水位模拟非常重要。基于以上分析得出,提高目前含水层疏干能力的30 %是经济、可行的。