浅析矿井涌水量预测中的常用方法

矿井涌水量预测方法评述

矿井涌水量预测方法评述 发表时间：2019-05-09T10:20:24.733Z 来源：《新材料.新装饰》2018年9月下作者：马雷 [导读] 从确定和不确定性分析的角度，综述了工程实践中常用的矿井涌水量预测方法，评述了各评价方法的主要特点及适用性。在分析各常用预测方法存在问题和预测方法的最新研究进展基础上给出了对矿井涌水量预测方法的展望。 （中化地质矿山总局河北地质勘查院，河北省石家庄市 050000） 摘要：从确定和不确定性分析的角度，综述了工程实践中常用的矿井涌水量预测方法，评述了各评价方法的主要特点及适用性。在分析各常用预测方法存在问题和预测方法的最新研究进展基础上给出了对矿井涌水量预测方法的展望。 关键词：矿井涌水量预测；确定性预测方法；非确定性预测方法 1、引言 矿井涌水量大小不仅是对矿井建设进行技术经济评价、合理开发的重要指标，更是矿山生产设计部门制定采掘方案、确定矿井排水能力、制定疏干措施、防止重大水害和利用地下水资源的重要依据[1]。因此，正确预测矿井涌水量是矿井水文地质工作的重要任务。 2、矿井涌水量常用预测方法 目前矿井涌水量预测方法有多种，根据当前矿床水文地质计算中常用各种数学模型地质背景特征及对水文地质模型概化的要求，可将矿井涌水量预测方法进行分类，如图1所示[2]。 图1 矿井涌水量预测模型分类 2.1、确定性预测方法 确定性预测方法是利用水力学、地下水动力学等方面的理论，通过数学演绎，推导出矿井涌水量与环境地下水、围岩渗透性、地下水补给面、时间等因素的定量关系，得出一系列理论解析式，以预测计算矿井的涌水量，这类方法包括解析法、水均衡法、物理模拟法和数值模拟法等。 2.1.1、解析法 解析法是根据解析解的建模要求，通过对实际问题的合理概化，构造理想化模式的解析公式，用于矿坑涌水量预测。该方法具有对巷道类型的适应能力强、简便、快速、经济等优点，是最长用的基本方法。该方法又分为稳定井流解析法和非稳定解析法。稳定井流解析法用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的流量预测；非稳定解析法用于矿床疏干过程中地下水位不断下降、疏干漏斗不断扩展的非稳定状态下的涌水量预测[3]。米金科等[4]应用解析法对兴隆庄煤矿的静储量进行了预测，预测结果为34万m3，根据不同参数值进行分区，得到十采区工作面不同推进速度下的涌水量。 虽然，解析法是预测矿坑涌水量比较常用的方法，但在工程实践中，边界条件概化的失误是导致解析解失真的主要原因之一，理想化要求常与实际条件相差甚远，这已成为解析法应用中的难点。 2.1.2、水均衡法 水均衡法是利用水均衡原理预测矿井涌水量的一种方法，它通过研究某一均衡期矿区地下水各收支项目之间的关系，建立地下水均衡方程，从而计算矿井涌水量。水均衡法适用于地下水运动为非渗流型且水均衡条件简单的充水矿床，对于这类矿床，可宏观地、近似地预测矿井的正常涌水量和最大涌水量[5]。当施工段涌水补给源有限时，也可以作为核对其他方法计算结果的一种补充性计算方法。运用水均衡法的关键是正确圈定均衡区域、选择均衡期及测定均衡要素。但在解决上述问题时会遇到一个问题，那就是建立在天然条件下的水均衡

煤矿出 涌水量的几种测量方法

煤矿出/涌水量的几种测量方法 1 量桶容积法 当流量小于1 L/s时,常用此法。容器一般用量桶或水桶,为了减少测量误差,计量容器的充水时间不应小于20 s流量 计算公式: 式中V———容器的容积,L; t———充满容器的时间,s。 2巷道容积法 在矿井发生突水时,利用水流淹没倾斜巷道的过程中,经常不断地测量巷道与自由水面相交断面面积(F=ab),用单位时间内水位上涨高度(H)来计算水量，公式如下： 式中H———t时间内水位上涨高度,m; t———水位上涨高度为片时的时间,h; a———巷道内自由水面的平均宽度,m; b———巷道内自由水面长度,m。 3水泵排量法 利用水泵实际排水量和水泵运转时间,来计算涌水量 Q=水泵铭牌排水量×实际效率×开动时间×台数 式中Q—涌水量,m3·d-1。

4浮标测流法 采用水面浮标的流水沟道地段及实测断面应符合下列要求: (1)沟道顺直,沟床地段规则完整,长度为3-5倍的沟宽。 (2)水流均匀平稳,无旋涡及回流。 (3)沟道地段内无阻碍水流的杂草、杂物。 实测程序: (1)选定了实测地段后,按相等距离布设三个断面:上断面、基本断面(中断面)、下断面,测量每个断面的横断面积,单位为m2。 (2)在上断面上游附近投放浮标,以便使浮标在接近上断面时,已具有同行水流的流速,测出浮标从上断面至下断面的时间t,求出流速。 (3)浮标从上断面至下断面的漂流历时一般应不短于20 s,如流速较大,可酌情缩短,但不能短于10 s。 (4)投放浮标的数量,视沟道宽度而定,一般不少于2个,每个至少重复投放两次,若两次漂历时间相差不超过10%,则取其平均历时计算，公式如下： 式中Q———断面流量,m3·s-1; Kf———断面浮标系数,据经验数值一般介于~;

矿坑涌水量的预测方法(水均匀法)

水均衡法 （一）应用条件 水均衡法适用于地下水运动为非渗流型且水均衡条件简单的充水矿床，如： 1. 位于分水岭地段地下水位以上的矿床 其主要特征为：地下水位一般停留在下伏弱含水层的顶端，故水层薄，水位埋藏深，变幅大、升降迅速，具有巨大的透水能力却无蓄水能力。抽水试验困难，也无效果。地下水动态与降雨直接相关。依照降雨方式的不同，形成各种尖峰状动态曲线形态，矿坑涌水量也常不随降深的增加而加大，故水位降深在一定程度上失去意义。补给区主要在矿区范围及其附近，补给路径短，以垂向补给为主。矿区地下水与区域地下水不发生水力联系，即无侧向补给。 （二）暗河管道充水矿床 （1）含水介质为孤立的暗河管道系统，通常各管道系统自成补给、径流、排泄系统，互相不发生直接水力联系，有些地区的管流与分散虽有一些联系，但管流是当地地下水排泄量的60%~80%以上。 （2）含水层极不均一，无统一地下水水位，因此不形成统一的含水层（体）。 （3）管流发育地区，地表溶蚀洼地、漏斗、落水洞发育、三水转化强烈，地面难以形成长年性表流；地下水动态受降水控制，暴涨暴落；其流量与降水补给面积成正比，变化大，具集中排泄特点。 很明显，上述特征无法用抽水试验求参，难以根据地下水动力学原理进行矿坑涌水量预测，同时，岩溶通道形状多变，管道组合复杂，也不适应管渠水力学的应用条件。因此，多数上述充水矿床常采用非确定性随机模型和水均衡法解决实际问题。 （三）原理 非渗流型确定性模型－水均衡方程，是根据水均衡原理，在查明矿床开采时水均衡各收入、支出项之间关系基础上建立预测方程的。建立非渗流型确定性模型，要求勘探方法与之相适应，而加强均衡研究则是保证模型可靠性，提高参数精度的必要环节。 地下水均衡研究的首要工作是建立地下水与降雨量的长期观测站，形成包括由钻孔、矿区生产井巷、采空区、老窿、有代表性的泉与地下暗河、有意义的地表汇水区等组成的长期观测网。为正确地圏定均衡区域，选择均衡期提供依据，为模型提供可靠的方程参数。 运用水均衡法的关键是，正确圈定均衡区域、选择均衡期，以及测定均衡要素。但是，在解决上述问题时会遇到一个困难，就是建立在天然条件下的水均衡关系，在矿床开采过程中常遭受强烈的破坏。如强烈的降压疏干，使地下水运动的速度和水力坡度增大或因开采造成漏斗范围内巨大岩体的变形塌坍或导致大量人工裂隙的产生，大促使地表水渗入作用的加强。此外，在长期疏干的影响下，随着漏斗的不断扩展，也常导致地下水分水岭的位移，其结果不仅补给范围扩大了，甚至形成新的补给源渗入。上述种种现象，常不易通过勘探阶段对天然水均衡的研究而获得解决。但是，它也提醒我们，水均衡关系式的建立及其水均衡要素的测定，如能充分考虑开采条件的影响，也必然会大大提高涌水量预测的精度。 （四）矿坑涌水量预测特点

数值法预测矿井涌水量技术规范

数值法预测矿井涌水量技术规范 本标准根据中华人民共和国煤炭工业部《矿井水文地质规程》（1 984年版）和《G B12719—1991矿区水文地质工程地质勘探规范》以及《供水水文地质勘测规程》、《矿区水文地质工程地质勘探规范》、《煤矿防治水工作条例》等国家标准、行业标准中的有关规定，在总结近20年来应用数值法进行矿井涌水量预测实际工作经验的基础上，制订的本煤炭行业标准，在技术内容与上述引用标准等效。 本标准由国家煤炭工业局行业管理司提出。 本标准由煤炭工业煤矿安全标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：煤炭科学研究总院西安分院。 本标准主要起草人：戴振学、郝旗胜、刘志中。 本标准委托煤炭科学研究总院西安分院负责解释。 数值法预测矿井涌水量技术规范 1范围 本标准适用于应用数值法进行矿井涌水量预测工作，是确定计算方案、检验计算精度、编写预测报告、制定相应的规划和设计的依据。 2一般要求 2.1本方法可用于矿井正常涌水量、矿井最大涌水量、各开采水平的涌水量、井筒和开拓坑道的涌水量及疏干工程或专门排水装置的

涌水量的预测。 2.2计算工作前或计算过程中，掌握以下资料： ——矿区所处水文地质单元的区域水文地质图及报告； ——1:5000～1:2.5万矿区水文地质图及相应的文字报告； ——1:5000矿井可行性方案开采图； ——含水层顶、底板埋深及等厚线图； ——含水层等水位线图； ——煤层底板等高线图； ——受水威胁煤层顶、底板等水压线图； ——地下水水化学图； ——水文地质剖面图； ——钻孔及群孔抽（放）水试验数据； ——地下水长期动态观测数据； ——历年气象、水文资料。 2.3计算工作结束时提交的文件及附件： 工作报告：包括对所采用的数据、建立的模型、选用的参数、计算过程及结果的详细分析与说明； 图件：包括概念模型的示意图、水文地质参数分区图、计算区剖分图、水位拟合曲线图、计算机程序流程图、初始流场图、预测曲线和流场图、涌水量动态曲线； 附件：参数识别和正演预报时所采用的计算程序及相对应的数据文件、计算结果、水位拟合及误差分布情况，最终预测的各时段、各

《数值法预测矿井涌水量技术规范》

1 范围 本标准适用于应用数值法进行矿井涌水量预测工作，是确定计算方案、检验计算精度、编写预测报告、制定相应的规划和设计的依据。 2 一般要求 2.1 本方法可用于矿井正常涌水量、矿井最大涌水量、各开采水平的涌水量、井筒和开拓坑道的涌水量及疏干工程或专门排水装置的涌水量的预测。 2.2计算工作前或计算过程中，掌握以下资料： ——矿区所处水文地质单元的区域水文地质图及报告； ——1:5000～1:2.5万矿区水文地质图及相应的文字报告； ——1:5000矿井可行性方案开采图； ——含水层顶、底板埋深及等厚线图； ——含水层等水位线图； ——煤层底板等高线图； ——受水威胁煤层顶、底板等水压线图； ——地下水水化学图； ——水文地质剖面图； ——钻孔及群孔抽（放）水试验数据； ——地下水长期动态观测数据； ——历年气象、水文资料。 2.3 计算工作结束时提交的文件及附件： 工作报告：包括对所采用的数据、建立的模型、选用的参数、计算过程及结果的详细分析与说明； 图件：包括概念模型的示意图、水文地质参数分区图、计算区剖分图、水位拟合曲线图、计算机程序流程图、初始流场图、预测曲线和流场图、涌水量动态曲线； 附件：参数识别和正演预报时所采用的计算程序及相对应的数据文件、计算

结果、水位拟合及误差分布情况，最终预测的各时段、各节点的水位值。 3 矿井涌水量数值法预测 3.1 概念模型 概念模型是连接地下水实体系统与数值模型的桥梁。概念模型应包括对地下水流系统内部结构、边界条件、地下水运动状态及输入、输出条件的概化。模型概化得合理与否直接影响计算的程度。 3.2 数学模型 3.2.1数学模型是由概念模型来确定的，按含水层的埋藏条件分为潜水流或承压水流模型，根据地下水运动的时空变化特征又可分为：稳定流或非稳定流，平面二维流或剖面二维流、拟三维流或三维流模型。模型中的每个变量都必须给定相应的物理意义和量纲。 3.2.2模型的边界条件按性质分为三类： 第一类：水位边界（Dirichlet型）。选取水位边界应注意以下几点： a）水位边界的位置应尽可能地远离计算区内的源（汇）项，绝对不允许置抽（注）水井于水位边界上； b）水位边界处要有观测点控制，以确定边界水位值； c）在模型域中至少应有一个水位边界节点，这对保证数值模型和其逆问题解的唯一性是必要的。 第二类：流量边界（Neumann型）。选取二类边界应以隔水边界和弱透水边界为主，尽量不用A.32划成的大流量边界。在数值模型中处理大流量边界，容易造成边界附近的水位异常和整个预测结果的较大误差。因此，应尽量选取确定性较好的自然边界作为计算边界。 第三类：（Combined Boundary Condition型）。由于边界中的两个参数较难准确估值，在实际应用中应慎重。 3.2.3常用的数值方法有：有限单元法、有限差分法、边界元法、有限分析法等。根据实际条件选定算法后，必须简要说明该算法的计算过程和计算程序设计步骤以及计算程序框图。 3.2.4对计算区的剖分（离散化）可根据不同的数值方法来选用线元、面元（三角形或四边形单元）和体积单元。在靠近抽（放）水井处水力坡度较大，剖分要加密一些，在水力坡度较少处或水文地质数据较少处可以剖分得疏一些。剖分的三角形单元一般不能出现钝角和角度很小的锐角，特别是在拟三维模

矿坑涌水量的常用预测方法汇总

吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 §10.4矿坑涌水量预测 一、矿坑涌水量预测的内容、方法、步骤与特点 （一）矿井涌水量预测的内容及要求 矿坑涌水量预测是一项重要而复杂的工作，是矿床水文地质勘探的重要组成部分。 矿坑涌水量是指矿山开拓与开采过程中，单位时间内涌入矿坑(包括井、巷和开采系统)的水量。通常以m3/h表示。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，关系到矿山的生产条件与成本，对矿床的经济技术评价有很大的影响。并且也是设计与开采部门选择开采方案、开采方法，制定防治水疏干措施，设计水仓、排水系统与设备的主要依据。因此，在矿床水文地质调查中，要求正确评价未来矿山开发各个阶段的涌水量。其内容与要求包括可概括为以下四个方面： （1）矿坑正常涌水量：指开采系统达到某一标高(水平或中段)时，正常状态下保持相对稳定的总涌水量，通常是指平水年的涌水量。 （2）矿坑最大涌水量：是指正常状态下开采系统在丰水年雨季时的最大涌水量。对某些受暴雨强度直接控制的裸露型、暗河型岩溶充水矿床来说，常常还应依据矿山的服务年限与当地气象变化周期，按当地气象站所记录的最大暴雨强度，预测数十年一遇特大暴雨强度产生时，可能出现暂短的特大矿坑涌水量，作为制订各种应变措施的依据。 （3）开拓井巷涌水量：指包括井筒(立井、斜井)和巷道（平、平巷、斜巷、石门)在开拓过程中的涌水量。 （4）疏干工程的排水量：是指在规定的疏于时间内，将一定范围内的水位降到某一规定标高时，所需的疏干排水强度。 对于地质勘探阶段来说，主要是进行评价性的计算，以预测正常状态下矿坑涌水量及最大涌水量为主。至于开拓井巷的涌水量预测和专门性疏干工程的排水量的计算，由于与矿山的生产条件密切相关，一般均由矿山基建部门或生产部门承担。 （二）矿坑涌水量预测的方法 根据当前矿床水文地质计算中常用的各种数学模型的地质背景特征极其对水文地质模型概化的要求，可作如下类型的划分：

论煤矿矿井涌水量预测几种方法的应用

论煤矿矿井涌水量预测几种方法的应用 【摘要】矿井涌水量是煤矿水文地质条件的一个重要指标，本文以某煤矿为例，通过采用大井法、水文地质比拟法和Q-f（s）相关分析法（图解法）三种矿井涌水量预测方法对矿井涌水量进行预测，通过比较、分析几种方法的适用性、针对性和条件满足性等，推荐最终选用的预测方法。 【关键词】涌水量；水文地质；预测方法 0 引言 在煤矿安全中，矿井排水能力是一项很重要的指标。若排水能力低，则不能保证安全生产，若排水能力过高则增加生产成本和企业负担，因此矿井涌水量预测就显得较为重要了。本文以某煤矿为例，介绍几种矿井涌水量预测方法，希望能起到抛砖引玉的效果。 1 某煤矿基本情况介绍 1.1 矿山自然地理及地质概况 某煤矿位于河南省辉县市太行山南麓，为山前冲洪积扇中上部，地势西高东低，海拔标高88—96m，相对高差8m左右。该区地层由老至新为奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组和新近系、第四系。 1.2 矿山开采情况 该煤矿矿井由一对立井（主、副井）开拓，井深521.3m，设计生产规模为45万吨/年，矿井服务年限为49.1年。 矿井现开采二1煤，现开采水平为-425m，开采最低标高为-475m，最终开采水平高差为50m。 1.3 邻近矿井情况 矿区内及邻近地区无生产矿井，亦无采空区，仅在矿区西南部较远处有吴村煤矿、方庄煤矿、白庄煤矿，现将吴村煤矿情况简述如下： 吴村煤矿位于该矿井的西南方向约30公里处，1969年建井，二1煤已基本采空，实际生产能力35万吨/年，开采水平为-280m，矿井正常水量为950m3/h。 1.4 矿区水文地质边界