国土资源部涌水量计算
矿井涌水量的计算与评述
钱学溥
（国土资源部，北京 100812）
摘要：文章讨论了矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字。文章推荐了反求影响半径、作图法求解矿井涌水量的方法。
关键词：矿井涌水量；勘查；计算；精度级别；允许误差；有效数字
根据1998年国务院“三定方案”的规定，地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则（试行）》。该技术文件6.7款规定，地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定，计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为，认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差，不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要，而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下，也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面，围绕这一问题，对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字等方面，作一些论述和讨论。
1 矿井涌水量与水文地质勘查
矿井涌水量比较大，要求计算的矿井涌水量精度就比较高，也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表1，可以作为部署水文地质工作的参考。
表 1 矿井涌水量与水文地质勘查
Table 1 Mine inflow and hydrogeological exploration
注：○1多年生产的矿山是指：开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，如即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。○2多孔抽水试验，是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。○3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验，其抽水总量，一般要达到计算矿井涌水量的1/3～3/4，持续抽水几十天。○4利用地下水动力学计算公式，计算矿井涌水量，就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。○5数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等（参考钱学溥，娘子关泉水流量几种回归分析的比较，《工程勘察》1983第4期，中国建筑工业出版社）。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量，把矿井涌水量作为因变量。○6数值法也就是计算机模拟，是通过利用计算机模拟地下水流场的变化，计算矿井涌水量的一种方法。○7常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量，只考虑了含水层的导水性，没有考虑地下水的补给量。因此，只有进行了解析法和水均衡的计算，用地下水的补给量验证解析法计算的结果，计算的矿井涌水量的精度才能达到C 级。
2 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件
2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件，要求在该水平开采的几年到几十年内，矿井排水计算的地下水影响半径边界上的水头高度，永远稳定在计算采用的高度上。
2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式，恰恰相反，它的使用条件是地下水没有补给，含水层分布无限，地下水影响半径不断向外扩大。
2.3由于采用大井法、集水廊道法，一般都没有考虑地下水补给量的问题，因此，计算的结果可能有较大的误差，它的精度一般只有D级。
3 影响半径的计算
3.1计算影响半径的经验公式有很多，它们计算的结果有相当大的误差。如常用的库萨金经验公式HK
S R 2=对于
R
值一般偏小2～5倍。
吉哈尔经验公式K S R 10=对承压水含水层，可以作近似的计算，但计算的结果一般偏小（参考《供水水文地质手册》第二册，地质出版社1977，第268页）。 3.2影响半径R ，处在矿井涌水量计算公式分母的位置，因此，计算的影响半径
R
偏小，就会导致计算的矿井涌水量偏大。这是一般地质报告计算矿井涌水量偏
大的主要原因。
3.3利用经验公式计算的承压水影响半径一般偏小，从而计算的矿井涌水量偏大。为此，最好是利用实测的影响半径，或是利用大井法、集水廊道法公式反求的影响半径，预算矿井涌水量。
3.4据甘肃省安新煤田大柳井田勘探报告，该井田开采侏罗系煤层。经实测，相距4000m 的新周煤矿建井，水位已影响到大柳煤矿的井筒。估计影响半径可能有5000m 。
3.5内蒙古自治区东胜煤田王家坡煤矿距宏景塔一矿2km 。王家坡煤矿利用实测的资料，采用大井法公式，可以反求影响半径：
王家坡煤矿实测矿井涌水量Q =50m 3/d ，承压水头高度H =64.82m ，巷道系统面积0F =1800000m 2, 承压含水层厚度M =9.09m ， 砂岩承压含水层渗透系数
K
=0.0276m/d 。巷道系统引用半径==
π
0F r 757m ，大井引用半径00r R R +=，
地下水承压转无压裘布衣公式0
0lg lg )2(366.1r R M
M H K Q --=
。将上述数据代入公式，
757
lg lg 09
.9)09.982.642(0276.0366.1500-?-??=
R ， 88
.2lg 31
.41500-=
R ，0lg R =3.7062，
0R =5084m ，=-=7575084R 4327m 。
利用反求的影响半径4327m ，采用大井法公式，可以预算宏景塔一矿的矿井涌水量为154m 3/d 。
3.6内蒙古贺兰山煤田天荣五号煤矿，煤层较陡，采用水平巷道开采。井巷涌水量Q =400m 3
/d ，水头高度H =199.55m ，巷道长度B =2100m ，砂岩厚度M =56.5m,渗透系数K =0.1275m/d ，坑道内水层高度0h =0m 。将上述数据，代入集水廊道单
边进水承压转无压的公式R
h M M H BK
Q 2)2(2
--=，
R
=6479m 。
3.7长期开采条件下，承压水影响半径一般有3000m ～5000m ～7000m 。
4 直接降落在露天采坑中的降水量（1Q ）的计算
4.1直接降落在露天采坑中的降水量（1Q ），应有频率的概念，必须进行频率的计算。
4.2根据一日最大降水量，通过理论频率的计算，计算直接降落在露天采坑 中、不同概率的降水量，见表2、3、4及图1。
表2 一日最大降水量的计算
Table 2 Calculated the maximum precipitation of one day
注：根据满洲里市气象局1983～2005年，连续23年观测的每年一日最大降水量。
95.4023
9.941==∑=
n
H H P 23=n 45
.022
439.41
)1(2
==
--∑=
n K C
V
设35.13==V S C C ，查皮尔逊III 型频率曲线φ值表（参考《供水水文地质手册》第二册，地质出版社1977，第666～671页），计算不同频率的一日最大降水量如表3。
表3 不同频率的一日最大降水量计算
Table 3 Calculated the maximum precipitation for one day
in different frequency
注：频率为50%的一日最大降水量，相当2年一遇的一日最大降水量，也就是多年平均的一日最大降水量。频率为80%的一日最大降水量，相当5年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为90%的一日最大降水量，相当10年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为95%的一日最大降水量，相当20年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为99%的一日最大降水量，相当100年一遇的枯水年的一日最大降水量。
(mm)
一日最大降水量
频
率
图1 一日最大降水量频率曲线
Figure 1 Frequency curve of the maximum precipitation for one day
in different frequency
根据不同频率的一日最大降水量，计算直接降落在露天采坑中的降水量如表4。
表4 直接降落在露天采坑中的降水量（1Q ）
Table 4 Quantity of the rain falling down in to the pit
注：○1南区采坑面积120×104m 2
，北区采坑面积150×104m 2，合计采坑面积F =270×104m 2。○
2参考地质出版社《水文地质手册》，暴雨地表径流系数α值选用0.7。○
3一日最大降水形成的采坑涌水量 α??=H F Q 1。
根据上述计算的结果，一日最大降水直接降落在采坑中的水量：100年一遇的是19.0万m 3/d ；20年一遇的是14.5万m 3/d ；10年一遇的是12.4万m 3/d ；5
年一遇的是10.2万m3/d；多年平均值是7.0万m3/d。
考虑一日最大降水量的观测序列（n）长达23年；但暴雨地表径流系数α值选用0.7有较大的误差。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，报告计算的一日最大降水直接降落在采坑中的水量（
Q），其精度相当C级，最大误
1
差大体在50%以内。
4.3露天开采，应计算地下水涌入采坑的水量和一日最大降水直接降落在采坑中的水量。二者相比，前者水量很小，一般只有后者的1/10～1/100。
4.4露天开采，涌入采坑的地下水量和一日最大降水直接降落在采坑中的水量，都是可能被利用的地下水资源。因此，对上述计算的水量，都应认定它们的精度级别和误差。
4.5选用的暴雨地表径流系数α值，具有较大的误差。最好是根据实测的一日最大降水量和实测的采坑或邻近采坑的积水量，反求暴雨地表径流系数α值。
5 作图法求解矿井的涌水量
5.1可以利用作图法求解矿井涌水量。金属矿床一般具有较大的倾角，开采时，往往有几个甚至几十个不同深度的开采中段。当煤层的倾角较大时，如新疆的准南煤田、内蒙古的贺兰山煤田，也具有较多的开采水平。在这种情况下，可以利用多层实测的开采中段或开采水平的矿井涌水量，采用作图的方法，预测下一个开采中段或开采水平的矿井涌水量。以湖南省沃溪矿区金锑钨矿为例，该矿1～7中段年矿井涌水量41.7万m3/a, 8～16中段年矿井涌水量38.9万m3/a，17～20中段年矿井涌水量3
6.4万m3/a，21～36中段年矿井涌水量30.2万m3/a，全矿1～36中段年矿井总涌水量为14
7.2万m3/a。通过作图法，可以预测37～42中段的年矿井涌水量为25.2万m3/a，它的精度大体相当B级（参阅图2）。
m a
图2 作图法求B 级矿井涌水量
Figure 2 Calculated mine inflow of B degree using graph method
5.2作图法计算过程简单、直观。由于设计部门对预算的矿井涌水量的精度，要求不是很高，因此，作图法求解的矿井涌水量，一般可以满足设计的要求。
6 含水层突水量的计算
6.1对岩溶含水层的突水量，可以进行粗略的计算。以安徽省涡阳县耿皇煤矿为例，计算石炭系太原统石灰岩的突水量——根据淮北各煤矿的实践，工作面突水面积一般采用工作面的长度a =30m ，宽b =15m ，坑道系统的大井引用半径
97.1115
300=?=
=
π
πab
r m 。利用公式0
0lg 73
.2r R KMS
Q =， K S R 10=，以及
00r R R +=，计算太原统石灰岩地下水的可能突水量为740m
3
/h 。
6.2实际上，这种计算的方法，是把太原统石灰岩的突水，看作是一个半径为11.97m 的承压水大井。突水面积采用工作面的长度a =30m ，宽b =15m 。其宽度，是参考周期来压的长度，是一个具有地方性的经验数字。由于计算采用的突水面积误差很大，参照GB 15218《地下水资源分类分级标准》，上述报告计算的灾变性涌水量，其精度相当D 级，误差大体在80%以内。
7 对计算的矿井涌水量进行评述的内容
GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》4.5.4款，要求对计算的
矿井涌水量进行详细的评述。详细评述的内容应包括：○
1应用的参数，是实测的参数、半实测的参数还是经验的参数，可靠程度如何。单孔抽水试验，其影响半径是经验公式计算的结果，因此，计算的渗透系数属于半实测的参数。大井或集
水廊道的影响半径，一般是经验公式计算的结果，属于经验的参数。○
2矿井涌水量计算的公式是理论公式，还是经验公式。不常见的公式，要说明它的出处。○
3当地的水文地质条件，是否适合报告使用的稳定流或是非稳定流矿井涌水量计算
公式。○
4计算的结果可能偏大还是可能偏小，理由是甚麽。○5参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，报告计算的矿井涌水量的精度属于哪个级别，它
的误差有多少以及误差的计算方法。○
6计算的矿井涌水量考虑了哪些充水因素，没有考虑哪些充水因素。○7报告提交的矿井涌水量精度，是否可以满足矿山设计
的要求。
8 矿井涌水量精度的级别
8.1地下水可开采量和矿井涌水量，都是地下水资源。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》，地下水可开采量和矿井涌水量按勘查研究程度，分为以下5级。地下水资源量与固体矿产资源量不同的是，由于地下水资源具有可以恢复、可以再生的特点，因此，地下水资源量多了一级验证过的资源量：
A级——验证过的地下水可开采量、验证过的矿井涌水量
B级——探明的地下水可开采量、探明的矿井涌水量
C级——控制的地下水可开采量、控制的矿井涌水量
D级——推断的地下水可开采量、推断的矿井涌水量
E级——预测的地下水可开采量、预测的矿井涌水量
8.2参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》，不同的勘查研究程度、不同的计算方法求得的矿井涌水量，可以认定为不同的精度级别。常见的实例如下：A级——开采水平或开采中段不变，开采面积基本不变，经过多年开采实践，利用多年观测的矿井涌水量，预测未来几年的矿井涌水量，属于A级的精度。如即将闭坑或是即将倒闭的矿山预测的矿井涌水量。
B级——具有3个以上开采水平或开采中段的矿山，利用2个或2个以上开采水平或开采中段涌水量观测数据，采用数理统计、相关分析的方法或是采用作图延长曲线的方法，计算的下一个开采水平或开采中段的矿井涌水量，属于B级的精度。
C级——利用第一开采水平或是第一开采中段实测的矿井涌水量，采用水文地质比拟的方法，计算的第二开采水平或是第二开采中段的矿井涌水量；利用邻近水文地质条件近似矿山的矿井涌水量，采用水文地质比拟的方法，计算的矿井涌水量，属于C级的精度。
D级——利用单孔抽水试验求取渗透系数，采用大井法或是集水廊道法计算的矿井涌水量，属于D级的精度。
E级——根据水文地质和气象等条件、根据地下水径流模数、泉水流量，由有经验的水文地质技术人员估计、估算的矿井涌水量，属于E级的精度。
9 矿井涌水量的允许误差
9.1计算的地下水可开采量的精度和计算的矿井涌水量的精度，都分为A 、B 、C 、D 、E 五级，但同一级别，地下水可开采量允许误差，小于矿井涌水量允许误差，
其差值大体有20%。这是因为：○
1供水对可开采量的保证程度要求较高，一般农业用水要求保证率为75%，生活用水和工业用水要求保证率为90%，火力发电厂
用水要求保证率为97%。而矿井排水量的保证程度要求较低。○
2计算地下水可开采量，对水位抽降不作严格的限定，而矿井排水则有确定的水位抽降。○
3供水管井井径有限，井内安装水泵，抽水量和水位抽降受到严格的约束；矿井排水，地下空间较大，利用高压水泵扬水，排水的设计和调整，都比较简便和经济。因此，同一勘查阶段，提交矿井涌水量精度的级别，一般也低于地下水可开采量的级别。如：水源地勘探阶段，以提交B 级地下水可开采量为主；固体矿产勘探阶段，则以提交D 级矿井涌水量为主。
9.2参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》，计算的地下水可开采量的允许误差：
A ——10%；
B ——20%；
C ——35%；
D ——50%；
E ——80%
计算的矿井涌水量的允许误差：
A ——10～20%；
B ——20～40%；
C ——40～60%；
D ——60～80%；
E ——80～90%
9.3允许误差计算的方法，都是以计算值和实测值的差值作分子，计算值和实测值中的大值作分母，再乘以100%。如计算的地下水可开采量或矿井涌水量为3700m 3/d ，实测的地下水可开采量或是矿井涌水量为2400m 3/d ，则误差为
3700
2400
3700 ×100%=35%。
9.4考虑计算参数误差的大小、当地水文地质条件与计算公式的适用程度等因
素，报告计算的矿井涌水量的允许误差，可以认定在一定的范围以内，如D级的精度，其误差可以认定为60%、70%或80%。
9.5上述的“允许误差”与固体矿产的“精度”互为补数，即若“允许误差”为30%，“精度”即为70%。“精度”的计算是以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的大值作分母，以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的小值作分子，再乘以100%（参考GB/T 13908-2002《固体矿产地质勘查规范总则》C2款）。
10 水文地质参数和水资源量的有效数字
10.1地下水流量的计量误差有1～3%，因此，以地下水流量为基础，计算的水文地质参数和地下水资源量的有效数字，就不能超过2～3位。根据GB 8170-87《数值修约规则》和GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》3.10款的规定，计算的水文地质参数和地下水资源量，修约成2位或3位有效数字。
10.2一个数据只能保留最后一位可疑数字，它是下一位4舍5入进上来的，也就是说，有效数字的最后一位可能有正负1的误差。一个正确表达的数据，可以大体表达出它的误差。2位有效数字：9.9～1.0，它的误差是1%～10%（0.1÷9.9×100%=1.0%；0.1÷1.0×100%=10%）；3位有效数字：9.99～1.00，它的误差是0.1%～1%（0.01÷9.99×100%=0.1%；0.01÷1.00×100%=1.0%）。可以看出，2位有效数字，基本符合计算的水文地质参数和地下水资源量误差的范围。由于预算的矿井涌水量的误差较大，如果选择3位有效数字，则第3位有效数字应该说是多余的。
10.3科学计数——○11、2、3、4、5、6、7、8、9是有效数字。○2这些数字左侧的0不是有效数字；这些数字右侧的0是有效数字。○3科学计数就是小数点前，保留一位有效数字，再乘以10的n次方。例如：2位有效数字的科学计数，就是小数点前保留1位有效数字，小数点前、后保留2位有效数字，再乘以10的n次方。3位有效数字的科学计数，就是小数点前保留1位有效数字，小数点前、后保留3位有效数字，再乘以10的n次方。
10.4由于计算的矿井涌水量误差较大，计算的矿井涌水量应该修约成2位有效数字。如计算的矿井涌水量是18349.76m3/d，修约成2位有效数字，按照科学计数的原则写作1.8×104 m3/d（不甚严格通俗地也可以写作18000m3/d），数字本身说明它可能有1÷18=5.6%的误差，对计算的矿井涌水量来说，有效数字的位数已经足够了。如果修约成3位有效数字，按照科学计数的原则写作1.83×104
m3/d（不甚严格通俗地也可以写作18300m3/d），数字本身说明它可能有1÷183=0.55%的误差，对计算的矿井涌水量来说，可以看出，有效数字的位数是过多了。
参考文献：
[1]SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则（试行）》[S],2005.
[2] 钱学溥.娘子关泉水流量几种回归分析的比较[J].工程勘察，1983,(4).
[3]《供水水文地质手册》编写组.供水水文地质手册[M].北京：地质出版社，1977.
[4]GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》[S],1994.
[5] GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》[S],1991.
[6]安徽省煤田地质局第三地质队.安徽省涡阳县耿皇煤矿详查地质报告[R],2007.
[7]GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》[S],1999.
[8]GB 8170-87《数值修约规则》[S],1987.
Calculating and Discussion of Mine Inflow
Qian xuepu
(Ministry of the Land and Resources ,Beijing 100812,China)
Abstract:The degree of precision,allowable error,effective figure of mine inflow are discussed.Calculated the radius influence conversely,calculated mine inflow using graph method are advanced in this paper.
Keywords:mine inflow；exploration；calculate；degree of precision：allowable error；effective figure
____________________________________
作者简介：钱学溥，生于1932年，男，北京市人，教授级高级工程师，矿产储量评估师。曾任黄河三门峡水利枢纽工程地质队地质队长，长江三峡水利枢纽西陵峡比较坝段技术负责，山西省第一水文地质队总工程师、国家矿产储量管理局副总工程师。主笔GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》。
2009年1月7日
矿井涌水量的计算与评述 钱学溥
矿井涌水量的计算与评述 钱学溥 （国土资源部，北京 100812） 摘要：文章讨论了矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字。文章推荐了反求影响半径、作图法求解矿井涌水量的方法。 关键词：矿井涌水量；勘查；计算；精度级别；允许误差；有效数字 根据1998年国务院“三定方案”的规定，地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则（试行）》。该技术文件6.7款规定，地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定，计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为，认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差，不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要，而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下，也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面，围绕这一问题，对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字等方面，作一些论述和讨论。 1 矿井涌水量与水文地质勘查 矿井涌水量比较大，要求计算的矿井涌水量精度就比较高，也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表1，可以作为部署水文地质工作的参考。 表 1 矿井涌水量与水文地质勘查 Table 1 Mine inflow and hydrogeological exploration
注：○1多年生产的矿山是指：开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，如即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。○2多孔抽水试验，是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。○3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验，其抽水总量，一般要达到计算矿井涌水量的1/3～3/4，持续抽水几十天。○4利用地下水动力学计算公式，计算矿井涌水量，就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。○5数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等（参考钱学溥，娘子关泉水流量几种回归分析的比较，《工程勘察》1983第4期，中国建筑工业出版社）。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量，把矿井涌水量作为因变量。○6数值法也就是计算机模拟，是通过利用计算机模拟地下水流场的变化，计算矿井涌水量的一种方法。○7常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量，只考虑了含水层的导水性，没有考虑地下水的补给量。因此，只有进行了解析法和水均衡的计算，用地下水的补给量验证解析法计算的结果，计算的矿井涌水量的精度才能达到C 级。 2 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件 2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件，要求在该水平开采的几年到几十年内，矿井排水计算的地下水影响半径边界上的水头高度，永远稳定在计算采用的高度上。 2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式，恰恰相反，它的使用条件是地下水没有补给，含水层分布无限，地下水影响半径不断向外扩大。 2.3由于采用大井法、集水廊道法，一般都没有考虑地下水补给量的问题，因此，计算的结果可能有较大的误差，它的精度一般只有D级。
管井设计涌水量计算
管井设计涌水量计算 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
乐享 管井设计涌水量计算 经营教育 乐享 2012-12-1 水文地质参数索引 a ：含水层厚度，单位米（m）； D g ：过滤管外径（m）； h ：井中的水深，单位米（m）； H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）； K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大 小、形状、排列）；单位米/天（m/d）； L ：过滤管有效进水长度（m），宜按过滤管长度的85%计算； N ：过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算；q n ：单位出水量（m3/（））； Q g ：过滤管的进水能力（m3/s）； Q ：管井出水量，单位m3/d； Q1、Q2：抽水井稳定流出水量，单位m3/d； Q n ：单井实测最大出水量，单位m3/d； 主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。
r1、r2：抽水井至观测孔距离，单位米（m）； r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）； R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）； S1、S2：观测孔内水位降深，单位米（m）； S1‘、S2’‘：观测孔内水位降深，单位米（m）； S ：水位降深，单位米（m）； S n：相应Q n时的最大水位降深，单位米（m）； T ：导水系数，T=KM，单位m2/d； V g：允许过滤管进水流速，单位m/s，不得大于s； V j：允许井壁进水流速，单位m/s； 目录
矿井(坑)涌水量计算
附 录 A （资料性附录） 矿井（坑）涌水量计算 A.1 比拟法 比拟法是一种应用相当广泛的传统方法。它是当新矿井与生产矿井的水文地质条件相类 似时，用生产矿井的资料来预测新矿井（坑）涌水量的方法，虽属一种近似的预测方法，但 往往可以获得满意的效果，特别是对于那些水文地质条件简单或者中等的矿井。比拟法包括 富水系数法、矿井单位涌水量比拟法、相关关系分析法等。 A.1.1 富水系数法 P K Q p ?= .................................... (D.1) 式中： Q ——新矿井（坑）涌水量，单位为立方米每年（m 3/a ）； p K ——富（含）水系数，单位为立方米每吨（m 3/t ）； P ——新矿井设计年产量，单位为吨每年（t/a ）。 1 1p Q K p = ...................................... (D.2) 式中： p K ——富（含）水系数，单位为立方米每吨（m 3/t ）； 1Q ——生产矿井（坑）年涌水量，单位为立方米每年（m 3/a ）； 1p ——生产矿井年产煤量，单位为吨每年（t/a ） A.1.2 矿井单位涌水量比拟法 当矿井（坑）涌水量增长幅度与开采面积、水位降低呈直线比例的情况下： 1 110S F Q q = ..................................... (D.3) 式中： 0q ——生产矿井（坑）单位涌水量，单位为立方米每吨平方米（m 3/tm 2）； 1Q ——生产矿井（坑）总涌水量，单位为立方米每年（m 3/a ）； 1F ——生产矿井开采面积，单位为平方米（m 2）； 1S ——生产矿井水位降低，单位为米（m ）。 S F q Q ??=0 .................................. (D.4) 式中： Q ——新矿井（坑）预计涌水量，单位为立方米每年（m 3/a ）； 0q ——生产矿井（坑）单位涌水量，单位为立方米每吨平方米（m 3/tm 2）；
井点降水涌水量计算
按照初定方案，本工程除埋深较深段使用拖拉管施工外，剩余大部分需使用井点降水大开挖施工。按照设计及规范初步设计沟槽底宽1.5m，沟槽深按照最大挖深设计取4m，开挖沟槽边坡按照1：1，基坑横剖面图如附图。经地质勘探，天然地面属耕植土，其下为粉质粘土（<=-4m），淤泥质粉质粘土(<=-7.14m)、淤泥质粉质粘土夹粉砂，底部为泥岩,基本都属于透水层。地下水位标高为-0.5m采用轻型井点降水施工。 1井点布设 根据工程地质及施工状况，轻型井点采用沟槽两侧单排布设，为是总管接近地下水位，井点管布设于已挖好的路床底。总管距沟槽开挖线边缘1m，总管长度 L=50×2=100(m) 水位降低值 S=4 (m) 采用一级轻型井点，井点管的埋设深度（总管平台面至井点管下口，不包括滤管） H2>=H1 +h+IL=4.0+0.5+0.1×5.75=5.1(m) 采用6m长的井点管，直径50mm，滤管长1m。井点管外露地面0.2m，埋入土中5.8m（不包括滤管）大于5.2m，符合埋深要求。按无压非完整井环形井点系统计算。 2)．基坑涌水量计算 按无压非完整井环形点系统涌水量计算公式（式1—23）进行计算 Q= 先求出H、K、R、x0值。 H：有效带深度 H=1.85(S,+L) s’=6-0.2-1.0=4.8m求得H： H=1.85（s,+L）=1.85（4.8+1.0）=10.73（m） 由于H0 管井设计涌水量计算内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 乐享 管井设计涌水量计算 经营教育 乐享 2012-12-1 水文地质参数索引 a ：含水层厚度，单位米（m）； D g ：过滤管外径（m）； h ：井中的水深，单位米（m）； H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）； K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大小、形状、排列）；单位米/天（m/d）； L ：过滤管有效进水长度（m），宜按过滤管长度的85%计算； N ：过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算； q n ：单位出水量（m3/（d.m））； Q g ：过滤管的进水能力（m3/s）； Q ：管井出水量，单位m3/d； Q 1、Q 2 ：抽水井稳定流出水量，单位m3/d； Q n ：单井实测最大出水量，单位m3/d； 主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。 r 1、r 2 ：抽水井至观测孔距离，单位米（m）； r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）； R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）； S 1、S 2 ：观测孔内水位降深，单位米（m）； S 1‘、S 2 ’‘：观测孔内水位降深，单位米（m）； S ：水位降深，单位米（m）； S n ：相应Q n 时的最大水位降深，单位米（m）； T ：导水系数，T=KM，单位m2/d； V g ：允许过滤管进水流速，单位m/s，不得大于0.03m/s； V j ：允许井壁进水流速，单位m/s； 目录 三、地下水动力学法 地下水动力学法的理论依据是地下水运动的线性渗透定律，即达西定律。根据这个原理和具体的水文地质条件，可选择不同的公式计算矿井井简的浦水量。 (一)垂直井筒涌水量的计算 1.潜水完整井涌水量计算 所谓潜水完整井是指开凿在潜水含水层中，井打穿含水层到隔水层底板的井筒 22 1.366lg lg H h Q K R r -=- 因为 h=H-S 所以 (2)1.366lg lg H S S Q K R r -=- 在井筒掘凿时，井筒中式不允许积水的，因此h=0，或者说S=H,这时， 2 1.366lg lg H Q K R r =- 式中 Q ——井筒涌水量（m3/d ） K ——含水层渗透系数（m/d ） H ——含水层厚度 h ——井中出水地段高度 S ——水位降低值 R ——影响半径 r ——井筒半径 2．承压水完整井涌水量计算 承压水完整井是指开凿在承压含水层中，并全部揭露含水层的井筒 ()2.73lg lg M H h Q K R r -=-或 2.73lg lg MS Q K R r =- 3.完整潜水承压井涌水量计算 当井筒穿过承压含水层水位下降很大，降到隔水顶板以下时，井筒附近变为无压水，这种情况称为潜水承压井 22(2)1.366lg lg HM M h Q K R r --=- 上述公式同样适用于钻孔涌水量计算 如果抽水试验是在井筒检查孔中进行，用钻孔涌水量可按下式换算成井筒涌水量 112122 lg lg lg lg R r Q Q R r -=- (二)水平尽道涌水量的预剐方法 计算水平巷道涌水量时，同样可将巷道看成为水平集水于程。因此，可利用地卞水向水平集水工程运动的公式计算。 竖井涌水量计算的经验公式法 [导读]本文详细介绍了竖井涌水量计算的经验公式法。 若在竖井位置及其附近有三个或三个以上降深的稳定流抽水试验资料，可用本方法计算竖井涌水量。 一、计算步骤 （一）根据抽水试验资料，作涌水量（Q）与降深（S）的关系吗线，即Q=f（s）曲线； （二）根据抽水试验资料，用图解法、差分法或曲度法判断涌水量曲线方程类型，并找出相应的涌水量方程式； （三）根据相应的方程式计算与设计竖井水位降深相同时的钻孔涌水量Qi； （四）根据钻孔涌水量Qi换算成为竖井涌水量。 二、计算方法 （一）绘制Q=f（s）曲线 根据钻孔抽水试验资料，绘制Q=f（s）曲线。 （二）涌水量曲线方程类型的判断 1、图解法 根据已绘出的Q= f（s）曲线如为非直线型应进行单位水位降深、双对数或单对数变换。根据Q= f（s）或经过变换后的直线图形形式即可判定涌水量曲线方程类型。 若Q= f（s），在Q，s直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为直线型，见表1-2中图（1），即Q=qs； 若S0= f（Q）在S0，Q直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为抛物线型，见表1-2中图（2）及图（3）；即S=aQ+bQ2，亦即S0=a+bQ； 若lgQ=f（lgS）在lgQ，lgS直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为指数型，见表1-2中图（4）及图（5），即Q= ,亦即； 若Q=f（lgS）在Q，lgS直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为对数型，见表1-2中图（6）及图（7），即Q=a+blgS。 2、差分法 一般凡属直线方程或直线化的抛物线方程S0=a+bQ 、指数方程、对数方程Q=a+blgS的一阶差分虽为常数，但不相等。在这种情况下，可根据曲线拟台差的大小来判断接近那种涌水量方程。选取拟合误差最小的曲线相对应的涌水量方程式，作为竖井涌水量计算的方程式。 表1 Q=r（s）曲线方程式及其适用条件（一） 集水面积 集水面积是指流域分水线所包围的面积。集水面积大都先从地形图上定出分水线用求积仪或其它方法量算求得，计算单位为平方公里。如长江集水面积180万 分水线图 平方公里，黄河集水面积约75万平方公里。 地面分水线 地下分水线 计算：复核: 引文一： 4.3隧道涌水量预测 隧道区以根据地质调查结果分析，目前隧道涌水量暂按降水入渗法和地下径流模数法进行预测计算。等深孔水文地质试验参数出来后再按地下水动力法核算。 (1)大气降水入渗法 采用公式：Q=2.74 a W A(m'/d) 采用公式：Q=2.74 a W A(m3/d) a:降水入渗系数。全隧道地表为可溶岩，裂隙发育、岩溶化程度高。DK63+165至DK64+600段洞身大部处于石英砂页岩、炭质页岩夹煤系下，考虑到断层构造影响严 重，降水入渗系数a取值0.25 ；DK64+600至DK67+651隧道处岩溶强烈发育的可溶岩中，降水入渗系数a取值0.5。W:年平均降水量，本测区取1448mm A:集水面积。 DK63+165 ?DK64+600 段：计算集水面积2.79km2; DK64+600?DK67+651 段；计算集水面积7.32 km2; 涌水量分别计算如下： Q=2.74 汉0.25江1448^.79 =2767(m'/d)?2800 (m3/d) Q=2.74 0.5 1448 7.32 =14521(m'/d)?14500 (m3/d) 两项合计Q 平常=2800+14500=17300(m7d) 考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，影响入渗系数的因素可能要大，DK64+600?DK67+651段雨季涌水量期倍增系数按3考虑，DK63+165?DK64+600段按系数2 考虑； 隧道雨季涌水量Q洪=2800X2+14500X3 =5600+4350009100 (m3/d) ( 2)地下径流模数法 Q=86.4X M X A M—地下径流模数(m/d ? Km) A—为隧道通过含水体的地下集水面积( Km2) 测区集水面积A=10.11 (Knn)(大致估算)，地下水径流模数M枯=10.3( 升/秒?平方公里)(依据都匀幅《区域水文地质普查报告》)则: Q 枯= M 枯X A =86.4 X10.3X 10.11 =9000 ( m3/d ) 考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，其雨季涌水量期倍增系数按 3 考虑 隧道雨季涌水量Q洪=9000X3 3 =27000( m3/d) 一、潜水计算公式 1、公式1 Q k H S S R r r =-+-1366200.()lg()lg() 式中： Q 为基坑涌水量(m 3/d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)。 2、公式2 Q k H S S b r =--1366220.()lg()lg() 式中： Q 为基坑涌水量(m 3/d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； b 为基坑中心距岸边的距离(m)； r 0为基坑半径(m)。 3、公式3 Q k H S S b r b b b =--????????1366222012.()lg cos ()ππ 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； b 1为基坑中心距A 河岸边的距离(m)； b 2为基坑中心距B 河岸边的距离(m)； b '=b 1+b 2； r 0为基坑半径(m)。 4、公式4 Q k H S S R r r b r =-+-+1366220200.()lg()lg ('') 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)； b ''为基坑中心至隔水边界的距离。 5、公式5 Q k h h R r r h l l h r =-++--+--136610222 000.lg lg(.) h H h -=+2 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)； l 为过滤器有效工作长度(m)； h 为基坑动水位至含水层底板深度(m)； h - 为潜水层厚与动水位以下的含水层厚度的平均值(m)。 第三节、隧道洞室涌水量预测 一、水文地质参数计算 为取得计算洞室涌水量的水文地质参数，进行钻孔提（抽）水试验，利用提水试验和抽水试验结果，采用地下水动力学方法及相关计算公式，大部分按潜水非完整井计算出提水的渗透系数K 抽水，另外根据提水后的恢复水位与时间的关系，即s~t 关系计算出恢复的渗透系数K 恢复 ，并参照当地岩性的渗透系数K ， 将该三种方法求得的渗透系数K 值并结合钻探过程中冲洗液的消耗量，岩体的破碎性、岩性的矿物组成及充填胶结情况，给定一个建议的渗透系数K 值。求得水文地质参数， 其提水时K 值计算公式如下： K= 2 2) lg (lg 733.0h H r R Q --ω 其中：K ——渗透系数（m/d ）。 Q ——出水量（m 3/d ）。 R ——影响半径（此值根据《工程地质手册》第二版表9-3-12查得） r ω——钻孔半径（m ）。 H ——自然情况下潜水含水层的厚度（m ）。 h ——抽水稳定时含水层的厚度（m ）。 恢复水位计算渗透系数K 值公式如下： ()2 12 ln 25.3S S t r H r K ωω+= （完整井） 其中：K ——渗透系数（m/d ）。 r ω——钻孔半径（m ）。 H ——自然情况下潜水含水层的厚度（m ）。 S 1——抽水稳定时的水位降深（m ）。 S 2——地下水恢复时间t 后水位距离静止水位的深度（m ）。 t ——水位从S 1恢复到S 2的时间（d ）。 具体计算过程及计算结果见附表5：钻孔提（抽）水试验渗透系数（恢复水位）计算成果表。 二、洞室涌水量的估算方法 （一）、洞室涌水量的补给来源 为了更准确预测隧道洞室涌水量，通过野外水文地质调绘，并分析洞室地下水的补给来源，含水岩性的空间分布、富水性，结合钻孔对地下深处地质情况的揭露，参考物探测井成果，我们认为隧道洞室涌水量的补给来源由以下几部分组成： a ．洞室影响范围内汇集的大气降水渗漏补给量； b ．洞室附近地下水的补给量（包含隧道上行线、下行线间含水层的静储量及洞室两侧地下水的侧向补给量）； c ．地表水流过洞室上方时的渗入补给量； d ．地表水通过节理裂隙、断层破碎带给洞室的侧向补给量； e ．断层破碎带导入洞室的地下水量。 （二）、洞室涌水量的估算方法 根据以上对洞室涌水量补给来源的分析，结合隧址区工程地质、水文地质条件及隧址区气候、大气降雨等特征，本次计算我们按隧道开挖正常涌水量及特大暴雨、地表水沿断层或溶洞导入洞室等极端特殊情况下极端涌水量两种情况考虑。 1、正常涌水量 正常涌水量的计算我们选择以下的计算方法： （1）大气降水入渗法： 露天采矿场总涌水量计算 露天采矿场总涌水量是由地下水涌水量和降雨迳流量两部分组成。 一、地下水涌水量的计算 露天采矿场地下涌水量与地下开采矿坑地下水涌水量计算方法基本相同。 二、降雨迳流量计算 露天采矿场降雨迳流量，应按正常降雨迳流量和设计频率暴雨迳流量分别计算。 （一）计算方法 1、正常降雨迳流量（Qz）计算公式 Qz=FH 式中F——泵站担负的最大汇水面积，m2； H——正常降雨量，m； ——正常地表迳流系数，%。 2、设计频率暴雨迳流量（Qp）计算公式 Qp=FHp′ 式中Hp——设计频率暴雨量，m； ′——暴雨地表迳流系数，%； 其它符号同前。 （二）计算参数的选取 1、汇水面积（F）的圈定 根据排水方式确定的排水泵站担负的最大汇水面积进行圈定。应包括露天境界内和境界外的地形分水岭或地表截水沟范围以内的汇水面积。 2、地表迳流系数的确定 地表迳流系数的选取，可根据采矿场岩石性质、裂隙发育程度和降雨强度大小等因素确定。 对于扩建或改建矿山，在具备实测地表迳流系数的矿山，应尽可能采用实测值。对于不具备实测条件的新建矿山，当有类似生产矿山资料时，应选用类似生产矿山的实测值。对缺乏上述资料的矿山，可选用地表迳流系数经验值。 1）生产矿山实测地表径流系数 国内部分生产露天采矿场地表径流系数实测值，见表1、表2、表3、表4。 2）地表径流系数经验值 当无实测资料可按表5选取地表迳流系数经验值。 ( ( 注：由于爆破人为地扩大了原岩的裂隙和破碎程度，岩石破碎、裂隙发育，整个采场约有90%地段属松散、松软和半坚硬的岩石。 ( 注：大冶铁矿采用井巷排水、地表迳流通过集水巷流入水仓。 注：1、本表内数值适用于暴雨径流量计算，对正常降雨量计算应将表中数值减去0.1～0.2。 2、表土指腐植土，表中未包括的岩土则按类似岩土性质采用。 中国煤炭科工集团南京设计研究院 管井设计及出水量计算 稳定流完整井 吴成泽 2012-12-1 主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。 水文地质参数索引 a :含水层厚度，单位米（m）； D g :过滤管外径（m）； h :井中的水深，单位米（m）； H :无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）； K :渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=l 时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层 颗粒大小、形状、排列）；单位米/天（m/d）； L :过滤管有效进水长度（m）,宜按过滤管长度的85%计算； N :过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%i|- 算； q n:单位出水量（m3/ （d.m））； Qg :过滤管的进水能力（m3/s）; Q :管井出水量，单位m3/d； Qi、抽水井稳定流出水量，单位n?/d； Q :单井实测最大出水量，单位m3/d； r2：抽水井至观测孔距离，单位米（m）； r :管井或抽水井的半径，单位米（m）； R :影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的岀水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）； Si、S2：观测孔内水位降深，单位米（m）； Sj、S2'：观测孔内水位降深，单位米（m）； S :水位降深，单位米（m）； S n:相应Q时的最大水位降深，单位米（m）； T :导水系数，T=KM,单位m2/d; V g:允许过滤管进水流速，单位m/s,不得大于0.03m/s； Vj :允许井壁进水流速，单位m/s； 目录 1施工图设计前应掌握的资料 (4) 2水文地质参数的计算 (4) 2.1影响半径的计算 (4) 郑煤集团（宝丰）盛源煤业有限公司 矿井涌水量计算 2008年06月09日 郑煤集团（宝丰）盛源煤业有限公司 矿井涌水量计算 一、矿井概况 1、地理位置 郑煤集团（宝丰）盛源煤业位于宝丰县大营镇宋坪村西南，东距宝丰县城约19Km，距韩庄至大营公路0.5Km。由公路通往该矿，交通十分便利。 2、企业性质 宝丰县盛源煤业公司是由宝丰县大营镇宋坪村办煤矿和大营镇双鱼山二矿于2005年资源整合而成，于2007年12月被郑煤集团整合，更名为郑煤集团（宝丰）盛源煤业有限责任公司。 3、可采煤层 主要开采山西组下部的二1煤层。其次为一4煤层。 4、煤层标高 二1煤层埋深270m～337m，煤层开采深度底板标高为-140m～0m。一4煤层埋深260m～400m，煤层开采深度底板标高为-160m～-30m。 5、技改简况 全矿井采用四立井开拓，主井深297.67m, 井筒直径 2.6m，装备JK2/30x提升绞车；副井深322m，井筒直径4.0m，装备JK-2.0×1.8提升绞车，风井井深300.1m，井筒直径2.6m，排水井井深332m，井筒直径2.6m。 通风方式为中央分列式，风井装备两台FBCDZ-N016/2×75型主扇抽出通风,其他三个井筒进风，已形成通风系统。 排水:井底安设6台水泵，其中：主井底2台，型号为D46-50×8,副井底D85-45×8水泵3台，D46-50×8水泵1台。 地面有三趟6KV供电电源，分别引自孙岭变电站14板、17板和22板，另外矿井配备发电机组4台，其中：主井400KW 两台，副井300KW一台，风井350KW一台。 井下6个掘进工作面，分别是：副井井下变电所、水仓、首采工作面风、机巷、下山水仓2个头。年产15万吨技改工作正加紧进行。 二、矿井水文地质 矿区主要含水层分为：寒武系上统崮山组，石炭系上统本溪组和太原组，二又叠系下统山西组、下石盒子组，第四系。 1、寒武系上统崮山组灰岩含水层 岩性为白云质灰岩，本组厚60～130m，野外观测结果裂隙、岩溶不甚发育，无泉水出露。 2、石炭系上统太原组含水层 （1）解析法 根据井田水文地质条件和矿井主要充水因素，利用解析法进行矿坑涌水量预测时，直接充水含水层太原组灰岩岩溶水。 1）太原组灰岩岩溶水预测 2 0(2)5-1S M M h Q B K R --= （） 5-2 （） 式中：Q ——预测矿坑涌水量，m 3/h ； S ——水位降低值，m ； K K ——渗透系数，m/d ； M ——含水层厚度，m ； B ——进水廊道长度，m ； R ——影响半径，m ； K 取抽水实验资料0.4427 2、10+11号煤层矿井涌水量预算(大井法) 开采10+11号煤层布置一个工作面，工作面宽180 m ，推进长度1200m ，因此，将矩形工作面（长a=1200m,宽b=180m ）看做一个大井，使用大井法预算矿井涌水量： 计算公式为：(2)1.366H M M Q K LgR Lgr -=- 式中：Q%～矿井涌水量(m 3/d) K%～渗透系数(m/d) H%～水头高度(m) M%～含水层厚度(m) r%～大井半径(m)，r=η 4 a b + R 0%～引用半径(m)，R 0=10S K (S=H) R%～影响半径(m)，R=R 0+ r 0 根据ZK504号孔资料，太原组含水层水位标高1120.58m ，渗透系数(K )0.4427m/d,含水层厚度(M )约9.5m,先期开采地段10+11号煤层底板标高最低为884m,由此确定水头高度: (H=S )=1120.58-884=236.58(m) r=η 4 a b +=379.5m R 0=10S K =1574.1m R = R 0+ r 0=1953.6m 将上述参数代入上述公式得开采10+11号煤层矿井正常涌水量Q=3743m 3/d （156m 3/h ） 最大涌水量Qmax=δQ 正，δ: 季节影响比值系数 开采2号煤层时，季节影响比值系数δ=1.2 故最大涌水量Qmax=3743×1.2=4492 m 3/d （187.2m 3/h ） 2号煤层与10+11号煤层联合开采，矿井正常涌水量为上述涌水量之和，即矿井正常涌水量：Q 正=355+3743=4098 m 3/d(170.75 m 3/h) 最大涌水量Qmax=425+4492 =4917 m 3/d(204.88m 3/h) 渗透系数＋基坑总涌水量计算公式汇总 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: 3. 经验估算法 渗透系数k值还可以用一些经验公式来估算,例如1991年哈森提出用有效粒径d10计算较均匀砂土的渗透系数的公式 哈森(Haｚen) （２-9) 19５5年，太沙基提出了考虑土体孔隙比e的经验公式 太沙基(Kaｅl·Terzagｈi１883～1963),近代土力学及基础工程学的创始人,1883年10月2日生于布拉格(当时属奥地利）。早期从事钢筋混凝土的研究工作,191２年获奥地利格拉茨高等工业学院博士学位。1921～１923年,发表了饱和粘土的一维固结理论，提出了有效应力原理。１92５年出版了最早的《土力学》专著。１92９~193８年任维也纳技术大学教授,１938年后任美国哈佛大学教授。他一生论著有２00多篇，代表性的论著有《理论土力学》和《土力学的工程实践》。1936年太沙基发起成立国际土力学及基础工程协会，并任协会主席至195７年。 (2-１0) 以上二式中的d10均以ｍm计,ｋ值的单位是ｃm／s。 这些经验公式虽然有其实用的一面,但都有其适用条件和局限性,可靠性较差，一般只在作粗略估算时采用。在无实测资料时，还可以参照有关规范或已建成工程的资料来选定k值,有关常见土的渗透系数参考值如表２-1 。 表2-1 土的渗透系数参考值 土的类别渗透系数k cm／s 土的?类 别 渗透系数ｋ ｃm/s 粘土<10-7中砂１0-２粉质粘土10－5 ~ １0－６粗砂10－2粉土10-4～10-5砾砂１0-１粉砂1０－3～ 10-４砾石>10-１细砂10-3 一、基坑总涌水量计算 按井管（筒）是否穿透整个含水层分为完整井和非完整井。按井深分为浅井、中深井和深井。当水井开凿在承压含水层中，而承压水头又高于地面时称承压井或自流井。 (一)、均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算： 1、基坑远离水源时： 如图1（a ） 图1 注：(1)、降水影响半径宜根据试验确定，当基坑安全等级为二、三级时， 当为潜水含水层时： 当为承压水时： (2)、基坑等效半径当基坑为圆形时就是基坑半径， 当基坑为矩形时如下计算：γ0=0.29(a+b) 当基坑为不规则形状时： )1lg()2(366.10 r R S S H K Q +-=kH S R 2=k S R 10=πA r =0 2、基坑近河岸: (二)、均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算： 1、基坑远离地面水源： 如图2（a ） 02lg )2(366.1r b S S H k Q -=)2.01lg()1lg(366.10 02 2r h l l h r R h H k Q m m m +-++-=)2(h H h m += 2、基坑近河岸：（含水层厚度不大时） b>M/2 如图2（b ） 式中：b 为基坑中心至河岸的距离，M 为过滤器向下至不透水土层的深度 1、基坑远离水源时： 如图3-a ]14.0lg 25.066.0lg 2lg [366.12 220 l M b M l r l l r b s l ks Q -+++=)1lg(73.20 r R MS k Q += 2、基坑近河岸: b<0.5γ0 如图3-b b 为基坑中心至河岸的距离 （四）、均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算 如图4 ) 2lg(73.20r b MS k Q =) 2.01lg()1lg(7 3.20 r M l l M r R MS k Q +-++= 二、涌水量的预测 拟采用大气降水渗入量法对隧道进行涌水量计算 1．大气降水渗入法（DK291+028-DK292+150段） Q = 2.74*α*W*A Q—采用大气降水渗入法计算的隧道涌水量（m3/d） α—入渗系数 W—年降雨量（mm） A—集水面积（km2） 参数的选用： α—入渗系数选用0.16； W—隧址多年平均降雨量为508.7m,最大年降雨量为1496.88mm(月平均最大降雨量×12)。 A—集水面积：根据1：10000地形平面图，含水岩组分布面积圈定为0.33km2 最大涌水量为：Q= 2.74*α*W*A = 2.74*0.16*1496.88*0.33= 216.56（m3/d），平均每延米每天涌水量为：0.19(m3/m.d)。 正常涌水量为：Q= 2.74*α*W*A= 2.74*0.16*508.7*0.33=73.59（m3/d），平均每延米每天涌水量为：0.07(m3/m.d)。 2. 大气降水渗入法（DK292+150-DK293+440段） Q = 2.74*α*W*A Q—采用大气降水渗入法计算的隧道涌水量（m3/d） α—入渗系数 W—年降雨量（mm） A—集水面积（km2） 参数的选用： α—入渗系数选用0.18； W—隧址多年平均降雨量为508.7m,最大年降雨量为1496.88mm(月平均最大降雨量×12)。 A—集水面积：根据1：10000地形平面图，含水岩组分布面积圈定为0.79km2 最大涌水量为：Q= 2.74*α*W*A = 2.74*0.18*1496.88*0.79= 583.23（m3/d），平均每延米每天涌水量为：0.45(m3/m.d)。 正常涌水量为：Q= 2.74*α*W*A = 2.74*0.18*508.7*0.79= 198.2（m3/d），平均每延米每天涌水量为：0.15(m3/m.d)。 3.大气降水渗入法（DK293+440- DK293+870段） Q = 2.74*α*W*A Q—采用大气降水渗入法计算的隧道涌水量（m3/d） α—入渗系数 W—年降雨量（mm） A—集水面积（km2） 参数的选用： α—入渗系数选用0.12； W—隧址多年平均降雨量为508.7mm,最大年降雨量为1496.88mm(月平均最大降雨量×12)。 A—集水面积：根据1：10000地形平面图，含水岩组分布面积圈定为0.25km2 3. 经验估算法 渗透系数k值还可以用一些经验公式来估算，例如1991年哈森提出用有效粒径d10计算较均匀砂土的渗透系数的公式 哈森（Hazen） （2-9） 1955年，太沙基提出了考虑土体孔隙比e的经验公式 太沙基（Kael·Terzaghi 1883～1963）,近代土力学及基础工程学的创始人，1883年10月2日生于布拉格（当时属奥地利）。早期从事钢筋混凝土的研究工作，1912年获奥地利格拉茨高等工业学院博士学位。1921～1923年，发表了饱和粘土的一维固结理论，提出了有效应力原理。1925年出版了最早的《土力学》专著。1929～1938年任维也纳技术大学教授，1938年后任美国哈佛大学教授。他一生论著有200多篇，代表性的论著有《理论土力学》和《土力学的工程实践》。1936年太沙基发起成立国际土力学及基础工程协会，并任协会主席至1957年。 （2-10） 以上二式中的d10均以mm计，k值的单位是cm/s 。 这些经验公式虽然有其实用的一面，但都有其适用条件和局限性，可靠性较差，一般只在作粗略估算时采用。在无实测资料时，还可以参照有关规或已建成工程的资料来选定k值，有关常见土的渗透系数参考值如表2-1 。 表2-1 土的渗透系数参考值 土的类别渗透系数k cm/s 土的 类别 渗透系数k cm/s 粘土<10-7中砂10-2粉质粘土10-5～ 10-6粗砂10-2粉土10-4～ 10-5砾砂10-1粉砂10-3～ 10-4砾石>10-1细砂10-3 一、基坑总涌水量计算 按井管（筒）是否穿透整个含水层分为完整井和非完整井。按井深分为浅井、中深井和深井。当水井开凿在承压含水层中，而承压水头又高于地面时称承压井或自流井。 (一)、均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算： 1、基坑远离水源时： 如图1（a ） 图1 符号 意义 单位 k 土的渗透系数 m/d H 潜水含水层厚度 m S 基坑水位降深 m R 降水影响半径 m γ0 基坑等效半径 m Q 基坑总涌水量 m 3/d 当为潜水含水层时： 当为承压水时： (2)、基坑等效半径当基坑为圆形时就是基坑半径， 当基坑为矩形时如下计算：γ0=0.29(a+b) 当基坑为不规则形状时： )1lg()2(366.10 r R S S H K Q +-=kH S R 2=k S R 10=A 涌水量计算 第三节、隧道洞室涌水量预测 一、水文地质参数计算 为取得计算洞室涌水量的水文地质参数，进行钻孔提（抽）水试验，利 用提水试验和抽水试验结果，采用地下水动力学方法及相关计算公式，大部 分按潜水非完整井计算出提水的渗透系数K抽水，另外根据提水后的恢复水位与时间的关系，即s~t关系计算出恢复的渗透系数K恢复，并参照当地岩性的渗透系数K，将该三种方法求得的渗透系数K值并结合钻探过程中冲洗液的消耗量，岩体的破碎性、岩性的矿物组成及充填胶结情况，给定一个建议的渗透系数 K 值。求得水文地质参数， 其提水时K值计算公式如下： H2- h2 其中：K ------- 渗透系数（m/d） Q ----- 出水量（m3/d） R ――影响半径（此值根据《工程地质手册》第二版表9-3-12查 得） r w ---- 钻孔半径（m ）。 H――自然情况下潜水含水层的厚度（m）h――抽水稳定时含水层的厚度（m）。 恢复水位计算渗透系数K值公式如下: r w----- 钻孔半径（m）。 H――自然情况下潜水含水层的厚度（m） 51——抽水稳定时的水位降深（m）。 52——地下水恢复时间t后水位距离静止水位的深度（m）。t――水 位从Si恢复到S2的时间（d）。 具体计算过程及计算结果见附表5:钻孔提（抽）水试验渗透系数（恢 复水位）计算成果表。 二、洞室涌水量的估算方法 （一）、洞室涌水量的补给来源 为了更准确预测隧道洞室涌水量，通过野外水文地质调绘，并分析洞室地下水的补给来源，含水岩性的空间分布、富水性，结合钻孔对地下深处地质情况的揭露，参考物探测井成果，我们认为隧道洞室涌水量的补给来源由以下几部分组成： a.洞室影响范围内汇集的大气降水渗漏补给量； b洞室附近地下水的补给量（包含隧道上行线、下行线间含水层的静储量及洞室两侧地下水的侧向补给量）； c. 地表水流过洞室上方时的渗入补给量； d. 地表水通过节理裂隙、断层破碎带给洞室的侧向补给量； e. 断层破碎带导入洞室的地下水量。 （二）、洞室涌水量的估算方法 根据以上对洞室涌水量补给来源的分析，结合隧址区工程地质、水文地质条件及隧址区气候、大气降雨等特征，本次计算我们按隧道开挖正常涌水量及特大暴雨、地表水沿断层或溶洞导入洞室等极端特殊情况下极端涌水量两种情况考虑。 1、正常涌水量 正常涌水量的计算我们选择以下的计算方法： （1）大气降水入渗法： K = 0.733Q(lg R-lgr.) 其中：K _3.5r _ i n S1 H 2r t S2 渗透系数（m/d） （完整井） 地下水涌水量的经验公式法 一、涌水量与水位降深关系曲线法 采用这种方法的基本条件，是预测地区与试验地区的水文地质条件基本相似，同时，要有三个或三个以上的稳定降深和阶梯流量抽水试验资料。根据实践，应用上部水平排水或坑道放水试验资料预测深部水平涌水量，能取得很好效果。同时也司用于水文地质条件相似的邻近矿区的矿坑涌水量计算。 这种方法与竖井涌水最计算经验公式法类似，也需将抽（放）水试验的Q=f（s）图形由曲线关系转换成直线关系，然后推算矿坑总涌水量。为了易于确定变换后的直线关系，可将抽水试验的Q、S资料按表1的要求进行整理。 表1 用于图形转化的抽（放）水试验资料整理 q S 二、水文地质比拟法 这种方法是用类似水文地质条件矿山地下水涌水量的实际资料，来推求设计矿山的涌水量。多用于扩建或改建矿山。对于新建矿山，若相邻地区有类似条件的矿山，亦可应用。新设计的矿山与所比拟的矿山的地质、水文地质条件相似，是使用本方法预计目坑涌水量的基础。因此，对相似水文地质条件的生产矿山，应作如下主要方面的调查： 矿山地质、水文地质条件，坑道充水岩层的特征，坑道涌水量、水位降深与开采面积的关系等等。 一般常用的比拟法计算式见表2。 表2 水文地质比拟法计算公式 的平方根、 时 时 和开采面积的平方根成正 比时 的平方根成正比， 积的增加对其影响较小时 水量起主要作用的矿山 水量起主要作用的矿山 水量志主要作用的矿山 三、相关分析法 （一）相关关系的概念 相关分析是一种处理变量间的相关关系的数理统计方法。变量之间的关系可分为两种类型，一是完全确定的关系，即函数关系；另一种类型是变量之间存在联系，但是又不能由一个或几个变量的数值精确地求出另一个特定变量的值，这类变量之间的关系称相关关系。 （二）顶计矿坑水童的步骤 相关分析法是一种数理统计方法，它根据一系列的实测资料，研究影响矿坑涌水量因素之间的规律性的，所以必须要有相当数量的观测资料。 计算的步骤是在掌握矿坑涌水量主要的影响因素的基础上，确定相关线型。如系曲线型，则需根据不同类型曲线用不同变数代换，化为直线，（具体作法见表3-5），求出回归方程式和相关系数。当确定涌水量对某影响因素的回归方程后，只要将预计情况下的影响因素值代入回归方程，便可计算出预计的矿坑涌水量。 表3 回归方程的变换方法管井设计涌水量计算
矿井涌水量的计算
竖井涌水量计算的经验公式法
涌水量计算案例
降水计算公式
涌水量计算
露天采矿场总涌水量计算
管井设计涌水量计算
矿井涌水量计算
涌水量计算
渗透系数+基坑总涌水量计算公式汇总
基坑总涌水量计算公式汇总
降雨入渗法涌水量计算
渗透系数+基坑总涌水量计算公式汇总
涌水量计算
矿山涌水量计算公式