第五章 矿井涌水量预测

数学模型的解算是 对水文地质模型和 数学模型进行全面 验证识别的过程， 最终使所建模型和 预测结果更加合理 和趋于实际。
-60.00 597 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00 H(m) 872 1214 1303 1396 1500
t(d) 1570
观测值 计算值
3-00-7 H-t曲线

内容安排
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 水文地质比拟法 Q-S曲线外推法 水均衡法 解析法 数值法
第一节
概
述
矿井涌水量是指矿山建设和生产过程中单位时间 内流入矿井(包括各种巷道和开采系统)的水量。
矿床水文地质条件类型 矿床水文地质条件复杂程度 矿床开发经济技术条件 矿山疏干排水设计 矿井生产能力 防治水措施
第二步：选择计算方法，建立相应的数学模型
常用的数学模型为：
经验方程（比拟法） Q-S曲线方程 回归方程
数 学 模 型 分 类
非确定性统计模型
渗流型 确定性模型
解析解-井流方程
稳定井流公式 非稳定井流公式
非渗流型 混合型模型
数值解
有限元法 有限差分法
第三步：求解数学模型，评价预测结果
1-99-3 H-t曲线
采矿量P0
综合
KP
采空区面积F0
采掘长度L0 采空体积V0
Q0 P0 Q0 KF F0 Q KL 0 L0 Q0 KV V0
二、单位涌水量比拟法
疏干面积F0和水位降深S0是矿井涌水量Q0变化 的主要影响因素。根据生产矿井有关资料求得的单 位涌水量q0，可作为预测类似条件下新矿井在某个 开采面积F和水位降深S条件下涌水量Q的依据。
3、数学模型选择不当。
求解参数的关键环节！
数学模型-水文地质模型-水文地质勘探资料
三、矿井涌水量预测的特点


矿井涌水量预测以准确地预测丰水期最大涌水量为目标； 我国矿井大多分布于基岩山区，充水条件差异悬殊，补排 条件复杂，边界、结构与流态复杂，定量化难度大。 矿山井巷类型与空间分布千变万化，开采方法、速度与规 模等生产条件复杂且不稳定，给矿井涌水量预测带来诸多 不确定性因素。 矿井涌水量预测多为大降深，必然导致对矿区水文地质条 件的严重干扰与破坏，且破坏强度难于预料与定量化。 矿井地质调查中，水文地质工作投入技术条件较差、投资 少、工程控制程度低，在客观上给涌水量预测带来一定困 难。
主要工作
4、疏干工程的排水量 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。
难以预测！ 5、矿井突水量 矿井采掘过程中在某些因素的作用下，含水 层(体)中的地下水突破隔水层而突然进入开采 系统的水量，突水量常常是正常涌水量的数倍 甚至数十倍。
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人为
二、预测失误的原因分析
1977～1978年，地质矿产部曾对55个重点岩溶充水矿山 进行了水文地质回访调查，矿井涌水量预测值与开采后的实 际涌水量的对比表明： 10％的矿区--误差小于30％ 80％的矿区--误差大于50％ 个别矿区----误差达数10倍、100倍
-60.00 597 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00
H(m)
t(d) 872 1214 1303 1396 1500 1570
观测值 计算值
第二节 水文地质比拟法
水文地质比拟法利用地质和水文地质条件 相似、开采方法基本相同的生产矿井的排水 或涌水量观测资料，来预测新建矿井的涌水 量。
Q0 Q q0 F0 S 0 FS
已建矿 新建矿
FS Q Q0 F S 0 0
注意：
如果涌水量与开采面积和水位降深之间的关系为 非直线，可按下式预测类似条件下的矿井涌水量：
例1：叶庄铁矿预测值为417.4m3/d，实际值为预测值的256.3倍。 例2：泗顶铅锌 矿 实际涌水量 预测方案一 预测方案二
6048 m3/d 80524.8 m3/d
误差1231%
95299.2 m3/d
误差1475%
二、预测失误的原因分析
1、水文地质条件的复杂性认识不足，对水文地质条件未 予查清；
前提: ①新建矿井与老矿井的条件应基本相似； ②老矿井要有长期的水量观测资料，保证涌水量与 各影响因素之间数学表达式的可靠程度。
一、富水系数法
富水系数：指一定时间内矿井排出的总水量Q0与 同时期内的采矿量P0之比。
Q0 KP P0
已建矿
Q K P
新建矿
Q KP P
富水系数不仅取决于矿区的自然条件，而且还 与开采条件有关，因此还要充分考虑开采方法、范 围、进度等方面的相似性。 为了排除生产条件的影响，对该法作修正，采 用综合平均值作为比拟依据。
叶庄矿：三个方面补给边界←一个补给方向 杨二矿：半封闭型地下水系统←开放型大水矿区 红岩矿：水源底板茅口组灰岩←顶板长兴组灰岩
2、水文地质模型概化不当，选用的水文地质参数不妥， 缺乏代表性；
叶庄矿： 单孔抽水试验二次降深得 K=0.215m/d ← 三次降深抽水试验得 K=11.67m/d，增长44倍；
确定依据
一、矿井涌水量预测内容
1、矿井正常涌水量 开采系统达到某一标高(或水平)时，正常状态下保持 相对稳定时的总涌水量。通常是指平水年的涌水量。 2、矿井最大涌水量 正常状态下开采系统在丰水年雨季时的最大涌水量。 3、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。
四、矿井涌水量预测步骤
-3
第一步：建立水文地质(概化)模型 要求:
(1)概化已知状态下矿区水文地质条件； (2)给出未来开采井巷的内部边界条件； (3)预测未来开采条件下的外部边界。
以条件复杂的大水矿井为例，大致分三个阶段：
第一阶段(初勘阶段)，通过初勘资料，对矿床水文地质 条件概化，提出水文地质模型的“雏型”，它可作为大型抽 (放)水试验设计的依据； 第二阶段(详勘阶段)，根据勘探工程提供的各种信息，特 别是大型抽(放)水试验资料，完成对水文地质模型“雏型” 的调整，建立水文地质模型的“校正型”； 第三阶段，在水文地质模型“校正型”的基础上，根据开 采方案(即疏干工程的内边界条件)预测未来开采条件下外边 界的变化规律，建立水文地质模型的“预测型”。