第2期 李翠平等：地下矿突水过程的三维动态仿真模型构建 .141. 存条件与水文地质环境等客观因素，也包括人员操 点的位置、突水水源的水位标高与突水量，每一次 作、管理等主观因素，致使地下矿水害仍然是目前 突水事故都是不同的且具有很强的不确定性，因此 矿山开采过程中的典型灾害之一.为此，制订地下 吸引了大量的学者对此开展了大量的研究7-1).因 矿水害的救避灾预案，能够在矿山突水事故突然发 为本文的重点在于探讨已知突水点和突水水源情况 生时，实时、有效地指导井下人员迅速避灾、井上下突水水流在并巷中漫延的时空变化，所以研究工 救援人员及时救灾显得尤为重要16. 作的起点是在认为突水点位置、突水量和突水水源 本文探讨了可指导地下矿水害救避灾方案制 水位标高已经确知的前提下开展的， 订的突水水流井巷漫延的三维动态仿真模型，旨在 基于上述的分析，构建突水过程的三维动态仿 表达突水发生后随着时间推移水流在井巷空间中的 真模型需包括井巷空间网络系统生成、突水漫延过 动态漫延发展过程.通过对突水漫延过程的三维 程路径解算、突水漫延速度与漫延时间解算三部分 动态可视化仿真，可直观察看、分析和判断突水内容，即突水过程的三维动态仿真模型架构如图1 水流在不同的时间节点漫延到达的井巷位置、已影 所示. 响的井巷空间范围及所影响的程度，为有效制订井 下人员躲避水灾和井上人员应急救援的方案提供了 井巷数据模型化 依据， 井巷空间网 井巷数据规则化 络系统生成 1 突水过程的三维动态仿真模型架构 突水过 弧巷直巷化 为达到能够有效指导地下矿水害救避灾方案制 井巷三维网络化 西 定与实施的目的，突水漫延过程的三维动态仿真模 突水漫延过 下向漫延路径解算 型需要能够真实模拟水流漫延过程的时空动态性变 维 程路径解算 化.矿井突水事故发生后，水流通过突水点大量涌 上向升涨路径解算 入井巷中，并在重力作用下，沿井巷流入井底，伴 真模 下向漫延速度与时间 随涌水的持续，被淹井巷中的水位不断升高，直至 突水漫延速 解算 达到水位平衡为止 度与时间解 算 上向升涨速度与时间 面对突水事故，不论是井下人员的避灾、还是 解算 井上人员的救灾，大家都关注突水水流在不同时间 节点漫延到的井巷具体位置与影响范围，以及水流 图1突水过程的三维动态仿真模型架构图 在后续时间的漫延方位与趋势.因此，通过构建突 Fig.1 Architecture diagram of three-dimensional dynamic simulation models for water inrush processes 水过程的三维动态仿真模型以模拟水流漫延过程的 时空动态性变化，即模拟自井下突水时刻起、随着 井巷空间网络系统是构建突水过程三维动态仿 时间推移、水流在井巷中向下漫延的过程和水流达 真模型的基础，是突水过程三维动态仿真模型的空 到某一时间点或空间点后水位向上升涨的过程以及 间性的体现，决定着突水的具体漫延路径.井巷 在此过程中排水疏干对水流漫延的影响. 空间网络系统生成包括井巷数据模型化、井巷数 分析影响突水水流井巷中漫延时空性变化的 据规则化、弧巷直巷化以及井巷三维网络化四个环 因素主要取决于四个方面，即突水点的位置、突 节，最终生成具有空间有向图结构的井巷三维网络 水水源的水位标高与突水量、井巷工程的空间属性 系统. (包括空间尺度、空间布局、拓扑关系、导水性能 突水漫延过程路径解算是构建突水过程三维 等)以及矿井的疏干排水能力.突水点的位置影响 动态仿真模型的核心，决定着突水过程三维动态仿 着突水水流在井巷中漫延的路径先后：突水水源的 真模型的时空效果.将突水漫延过程分解为水流下 水位标高与突水量主要影响突水最终的淹井标高、 向漫延和水位上向升涨两个子过程，基于构建的井 水害波及的范围和程度：井巷工程的空间属性则影 巷三维空间网络，通过研究水流在井巷网络中下向 响着突水水流漫延的路径先后、水害波及的范围和 漫延、上向升涨的算法，构建突水水流下向漫延与 程度；疏干排水能力则影响着减小水流漫延、控制 上向升涨过程中流经井巷的路径网络. 水害的程度.对于井巷工程的空间属性与疏干排水 突水漫延速度与漫延时间解算是构建的突水 的能力，每一具体生产矿山是确定的：而对于突水 过程三维动态仿真模型的关键，是突水过程三维动