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。

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HKS R 2=对于裂隙水来说，计算的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==π0F r 757m ，大井引用半径00r R R +=，地下水承压转无压裘布衣公式00lg lg )2(366.1r R MM H K Q --=。

将上述数据代入公式，757lg 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Rh M M H BKQ 2)2(20--=，求得影响半径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。

95.40239.941==∑=n H H P 23=n 45.022439.41)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 dayin 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 dayin 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36.4万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147.2万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 method5.2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。