矿井涌水量预测.ppt

1、13 矿井涌水量预测,13.1 概述一、矿井涌水量及预测内容和要求矿井涌水量：矿山开拓与开采过程中，单位时间内涌入矿井的水量。（单位：m3/d、m3/h、m3/min）矿井正常涌水量：指平水年（或平水期）开采系统达到一定标高时，正常状态下保持相对稳定的总涌水量。矿井最大涌水量：指丰水年雨季开采系统的最大涌水量。开拓井巷涌水量：井筒（立井、斜井）、和巷道（平硐、平巷、斜巷、石门）在开拓过程中的涌水量。疏干工程的排水量：指在规定的疏干时间内，将水位降到某一规定标高时所需的疏干排水强度（疏干流量）意义：它是对煤田进行技术经济评价、合理开发的重要指标，也是设计和生产部门制订采掘方案，确定排水能力和防治

2、措施的重要依据。在矿区勘探和矿井建生产中有重大意义。,二、矿井涌水量预测的特点预测丰水期最大涌水量为目标工作区地质条件、水文地质条件本身的复杂性，边界、结构、流态复杂；开采条件复杂大降深对水文地质条件的干扰与破坏勘探、调查对水文地质条件认识的局限性；只有查清自然条件和开采条件下的水文地质条件，才能比较准确的预计矿井涌水量。,三、矿井涌水量预测的方法、步骤（1）查清条件，建立矿井水文地质模型地下水流态：稳定流、非稳定流；含水介质特性：均质、各向同性、等厚等；边界条件：隔水、补给；（2）确定合适的计算方法，建立数学模型方法：类比外推法、解析法、数值法、水均衡法等。确定性数学模型：查清水文地质条件非

3、确定性数学模型：不用求水文参数、仅用动态观测数据建立回归方程即可（3）解算数学模型和评价预计结果,13.2 类比外推法,一、水文地质比拟法原理：是用地质、水文地质条件相似，开采方法相同的开采矿区或生产井巷中积累的水文地质资料来预计勘探矿区或新建井巷的涌水量。它是以定性分析为主的一种近似定量预计方法。条件：有类似条件的矿井 生产矿井有已知的数据系列（长期观测资料）适用于：条件比较简单、充水岩层的透水性比较均一的孔隙或裂隙充水矿床计算步骤：找出影响涌水量大小的几种主要因素，建立他们之间的 近似关系式；用此关系式预计设计井巷的涌水量；找不出关系时，甚至（必要时）可直接选用生产矿井的 涌水量作为设计井

4、巷的涌水量。,计算方法（1）富水系数比拟法富水系数：指一定时期内从矿井排出的总水量Q0（m3）与同期内的矿石开采量P0（t）之比。设计矿井涌水量：为排除生产条件的影响，提出了采空面积富水系数、采掘长度富水系数等，综合考虑,（2）单位涌水量法单位涌水量q0:单位水位降深和单位开采面积的平均涌水量。F0、S0、Q0分别为开采矿井的开采面积、水位降深和排水量。水文地质条件相似的新矿井，单位涌水量为：优点：简单、应用方便。有时涌水量随开采面积（或巷道长度）、水位降深的增加不具有线性关系，但能用幂函数关系来比拟。,二、涌水量-降深曲线法（Q-S曲线法）原理：根据稳定井流抽水试验资料建立涌水量与降深的关系

5、方程，根据勘探试验阶段与未来开采阶段水文地质条件的相似性，外推预测未来矿井的涌水量。优点：避开求取各种水文地质参数，计算简便应用条件：避开了求取各种水文地质参数，计算简便，适用于水文地质条件复杂且难于取得有关参数的矿井及矿区。,影响抽水试验时Q-S曲线关系的因素（使用要求）,矿井水文地质条件的影响（试验井孔布置在未来开采疏降地段）抽水试验水位降深的大小（三次以上降深、外推范围不超过试验最大降深的2-3倍）抽水井的结构和抽水时间（大口径、大降深的长时间抽水试验）,涌水量-降深曲线法计算方法、步骤,建立各种类型Q-S曲线方程：直线型：Q=qS抛物线型：S=aQ+bQ2除以Q:S0=a+bQ（S0=

6、S/Q）幂函数型：Q=aS1/b 取对数：lgQ=lga+1/blgS对数型:Q=a+blgS,-直线型-抛物线型-幂曲线型-对数曲线,涌水量降深曲线法,鉴别Q-S曲线类型伸直法：将Q、S放在表征各直线关系式的不同直角坐标系中，进行伸直判别。曲度法确定方程参数a、b图解法最小二乘法外推预测设计降深时的涌水量，然后进行井径换算，求出矿井涌水量。,下一页,图解法,1作图法观测历年最大涌水量和最大水位降深，得（i，i）（i,），在坐标系上投点，称散点图（或相关图），用直尺凭视觉画大致平分散点的直线，量斜率和截距，写方程。此方程因人而异，不唯一，误差大。,图7-1 回归直线散点图,2近似图作法 在散点

7、图上平行于纵轴作直线左右平分所有散点，再1平分右边散点、2平分左边；同理，以平分散点为前提作平行横轴的直线、1、2。设1、2与1、2的交点为、，按散点展布趋势连、（或、）点，求出直线的斜率及截距，即可得回归方程Q=f（s）。,图7-2 散点图、偏差和回归直线方程,最小二乘法,统计学中把利用各组数据如（Qi，si）利用各组数据,计算求得一个近似的但又接近所有观测值的直线方程称为回归直线方程。直线方程一定满足一般形式令：最小等价于 最小=Z即 最小,13.3 解析法,解析法：依据水动力学原理，用数学解析方法求解各种特定模式地下水运动模型，建立解析公式，根据解析公式预测不同条件下的矿井涌水量。适用于

8、各类井巷和巷道系统裘布依公式：稳定流；泰斯公式：非稳定流,13.4 水均衡法,水均衡法原理：根据水均衡原理，在查明矿床开采时地下水各收入、支出项之间关系的基础上，建立水均衡方程，从而预测矿坑的开采或开采系统的涌水量（总的最大涌水量）。适用条件：一般适用于地下水补、排条件简单，水均衡要素容易测定、具有独立水文地质单元的矿区关键：正确圈定均衡区、选择均衡期，测定均衡要素,计算方法,1.小型封闭集水盆地中第四系堆积物覆盖下的露天矿的矿坑涌水量计算例：某矿产于小型封闭集水盆地的基岩中，基岩含水微弱，可视为隔水层，矿床被第四系沙层覆盖，此种条件下，只有降水补给，无侧向补给。,分析：Q补-Q排=Q（Q补即

9、降水入渗总的补给量Q2；Q排即为矿坑总的涌水量；Q 即为由采场及其疏干漏斗范围内消耗的储存量Q1）；即Q=Q1+Q2Q1：单位时间内露天采场内被疏干的水体积q1及采矿场外疏干降落漏斗以内含水层被疏干的水体积q2之和：Q1=q1+q2Q2:采矿场中的降水量q3和集水面积内降水渗入补给量q4,如有地表河流还包括河水入渗量q5 Q2=q3+q4+q5,2.位于分水岭地段的裸露型岩溶充水矿床,分析：充水特点是降水是主要充水水源，涌水以瞬时涌水为主，暴涨暴落。Q=FXfF:补给区汇水面积；X：暴雨强度；f入渗系数；峰期系数。,3.充水岩层被隔水边界切割和限制的独立水文地质单元中的矿坑涌水量预测,分析：开采煤层主要是疏干含水层，当为定流量疏干排水时，其矿坑涌水量为：,数值法：在边界条件复杂时，对描述地下水运动的偏微分方程无法求出其解析式，而根据具体边界或工程点的水头值等已知数据，采用数值迭代逼近的方法求得近似的数值解作为其解，这种求数值解的方法称为数值法。电模拟法：根据渗流与电流两个系统的物理量（如电位和水位、渗透系数和导电率、渗流量和和电流量）、微分方程类型等特征具有相似性，通过电场来模拟研究渗流场。适用于水文地质条件过于复杂，用解析法和数值法都很难预测涌水量的矿区。,