第五章矿井涌水量预测
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第五章 矿井涌水量预测
江西榨一煤矿
第五章矿井涌水量预测
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
第五章矿井涌水量预测
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。
确定依据
-80.00
-90.00
-100.00 H(m)
1-99-3 H-t曲线
t(d) 872 1214 1303 1396 1500 1570
观测值 计算值
-60.00
597
872
-70.00
-80.00
-90.00
-100.00 H(m)
3-00-7 H-t曲线
t(d) 1214 1303 1396 1500 1570
第五章矿井涌水量预测
以条件复杂的大水矿井为例，大致分三源自文库阶段：
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”；
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；
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
第五章矿井涌水量预测
三、矿井涌水量预测的特点
稳定井流公式 非稳定井流公式
渗流型
模 型
确定性模型
数值解
有限元法 有限差分法
非渗流型
分
类 混合型模型
第五章矿井涌水量预测
第三步：求解数学模型，评价预测结果
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
综合
采矿量P0 采空区面积F0 采掘长度L0 采空体积V0
KP
Q0 P0
KF Q0 F0
KL
Q0 L0
KV
Q0 V0
第五章矿井涌水量预测
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、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。
第五章矿井涌水量预测
4、疏干工程的排水量 人为 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。
5、矿井突水量 难以预测！ 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。
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
第五章矿井涌水量预测
一、矿井涌水量预测内容
1、矿井正常涌水量
主要工作
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。
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 95299.2 m3/d
第五章矿误井涌差水量1预2测31%
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；
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
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”。
第五章矿井涌水量预测
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
数 学
非确定性统计模型 回归方程
解析解-井流方程
观测值 计算值
第五章矿井涌水量预测
第五章矿井涌水量预测
第二节 水文地质比拟法
第五章矿井涌水量预测
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。
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。
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。
第五章矿井涌水量预测
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。
第五章矿井涌水量预测
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
例1：叶庄铁矿预测值为417.4m3/d，实际值为预测值的256.3倍。
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。
第五章矿井涌水量预测
一、富水系数法
富同水时系期数内：的指采一矿定量时P0间之内比矿。井排出的总水量Q0与
KP
Q0 P0
K Q P
已建矿
QKPP
新建矿
第五章矿井涌水量预测
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。
江西榨一煤矿
第五章矿井涌水量预测
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
第五章矿井涌水量预测
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。
确定依据
-80.00
-90.00
-100.00 H(m)
1-99-3 H-t曲线
t(d) 872 1214 1303 1396 1500 1570
观测值 计算值
-60.00
597
872
-70.00
-80.00
-90.00
-100.00 H(m)
3-00-7 H-t曲线
t(d) 1214 1303 1396 1500 1570
第五章矿井涌水量预测
以条件复杂的大水矿井为例，大致分三源自文库阶段：
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”；
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；
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
第五章矿井涌水量预测
三、矿井涌水量预测的特点
稳定井流公式 非稳定井流公式
渗流型
模 型
确定性模型
数值解
有限元法 有限差分法
非渗流型
分
类 混合型模型
第五章矿井涌水量预测
第三步：求解数学模型，评价预测结果
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
综合
采矿量P0 采空区面积F0 采掘长度L0 采空体积V0
KP
Q0 P0
KF Q0 F0
KL
Q0 L0
KV
Q0 V0
第五章矿井涌水量预测
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、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。
第五章矿井涌水量预测
4、疏干工程的排水量 人为 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。
5、矿井突水量 难以预测！ 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。
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
第五章矿井涌水量预测
一、矿井涌水量预测内容
1、矿井正常涌水量
主要工作
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。
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 95299.2 m3/d
第五章矿误井涌差水量1预2测31%
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；
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
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”。
第五章矿井涌水量预测
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
数 学
非确定性统计模型 回归方程
解析解-井流方程
观测值 计算值
第五章矿井涌水量预测
第五章矿井涌水量预测
第二节 水文地质比拟法
第五章矿井涌水量预测
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。
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。
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。
第五章矿井涌水量预测
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。
第五章矿井涌水量预测
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
例1：叶庄铁矿预测值为417.4m3/d，实际值为预测值的256.3倍。
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。
第五章矿井涌水量预测
一、富水系数法
富同水时系期数内：的指采一矿定量时P0间之内比矿。井排出的总水量Q0与
KP
Q0 P0
K Q P
已建矿
QKPP
新建矿
第五章矿井涌水量预测
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。