矿井涌水量资料

(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”。
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
数值解
非渗流型
有限元法 有限差分法
混合型模型
第三步：求解数学模型，评价预测结果
1-99-3 H-t曲线
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
b N Q lg S Q lgS N lg S lg S
2 2
Q b lgS ④对数曲线型 a N
将参数a,b及设计的水位降深S设计值代入原方程， 即可外推钻孔涌水量。
（4）井径换算
由于抽水试验的钻孔孔径远小于井筒直径，为消 除井径的影响，所以在预测井筒涌水量时需进行井径 换算。
3、观测资料的整理：
表2
涌水量 (m3/h) 月份 1 巷道 名称 东 翼 155 水平回风巷 55 水平大巷 55 水平石门 155 水平回风巷 西翼 55 水平大巷 55 水平石门 主井井筒 副井井筒 井底车场 斜井井筒 全矿汇总 2 3 4
涌水量随时间和空间变化特征台帐
5
6
7
8
9
10
11
12
Q－S曲线法的优点：
⑴避开了各种水文地质参数； ⑵计算简单易行； ⑶适用：水文地质条件复杂，边界条件复杂而难以 建立解析公式的矿区。
如：广东某金属矿区，曾用Q-S曲线法预测＋50m水平 的涌水量为14450m3／d，与巷道放水外推的数值 (14000m3／d)接近，而用解析法预测的结果(12608m3／ d)则偏小12％。
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
矿井涌水量预测步骤
-3
第一步：建立水文地质(概化)模型
lg R孔 lg r孔 层流 Q井 Q孔 lg R lg r 井 井 紊流 Q井 Q孔 r井 r孔
对数关系 平方根关系
式中 ： Ｑ井、Ｑ钻 ─ 井筒、钻孔的涌水量，ｍ3/ｄ；
ｒ井、ｒ钻 ─ 井筒、钻孔的半径，ｍ； Ｒ井、Ｒ钻 ─ 井筒、钻孔的影响半径，ｍ。
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%
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
某矿23采区充水性图 1-断层；2-突水点；3-经常性涌水地点及所测流量；4-疏干顶板含水层的放水钻孔；5-巷道；6-水仓及其容积；7排水沟及水流方向；8-采空区；9-测水站 10-巷道揭露的含水层；11-水泵数量及其排水能力；12-排水管道及水流 方向；13-上层煤采空积水区及其积水体积；14-顶板出水点；15-煤层
表3
位置
3
不同水源对矿井充水影响台帐
各类型水所占百分数 断层水 底板水 % m /h
3
涌水量 m /h %
3
老空水 m /h %
3
顶板水 % m /h
3
钻孔水 % m /h
3
其它水 % m /h
3
备注 % m /h
3
m /h
155 东翼 155 西翼 55 东翼 55 西翼 全矿井
矿井充水性图：
-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
1、水文地质比拟法
• （1）富水系数法
K p -----富水系数，指同一时期（通常为一年）矿井的涌水量Q
与开采量P0之比。
0
Q0 Q KP P P P0 Q, P — — — 新设计矿井涌水量、开 采量 Q0，P0 — —老矿井涌水量、开采 量
Ｑ
Ⅱ 抛物线型：潜水、承压-无压井流 （三维流、紊流影响的承压井流）
Ⅴ Ⅰ Ⅳ
Ⅲ 幂曲线型：从某一降深值起，涌 水量Q随阵深S的增大而增加很少
Ⅳ 对数型：补给衰竭或水流受阻，随 S增大Q增量很小，曲线趋向S轴 Ⅴ 可能有误或特殊现象发生
Ｓ
Ⅱ
Ⅲ
原来被阻塞的裂隙、岩溶通道被突然疏通
（2）判别实际的Q–S曲线的类型
1 试验资料有错误 1 直线型 n （ 幂曲线型 1,2） 2 抛物线型 2 对数曲线型
（3）确定方程中的待定参数a和b
图解法: 一般情况下，利用各类型的直线方程图线 ，可由求出参数a和b。 结果：a为截距，b为直线的斜率 1 注意：Ⅲ幂曲线型中，b为斜率的倒数 lg Q lg a b lg S
Q a b lg S
最小二乘法：当精度要求较高时采用
①直线型 ②抛物线型
QS a S
2
S a
0
b Q N
b
N S0 S0 Q N Q 2 Q
2
③幂曲线型
lg Q b lgS lg a N
1 N lg Q lg S lg Q lgS 2 2 b N lg S lg S
Q 0.0186 Bh h
式中 Q—过堰流量，L/s； h—过堰水深，cm。 B—堰底宽度，cm。
矩形堰
矩形堰 :适用于涌水量大的情况(＞0.3m3/s )。
(1)无缩流时，涌水量计算公式为：
Q 0.01838Bh h
(2)有缩流时，涌水量计算公式为：
Q 0.01838 （B－0.2h） h
确定依据
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
主要工作
1、矿井正常涌水量：矿井开采系统在某一标高时，正常状态
保持相对稳定的总涌水量。 2、矿井最大涌水量：矿井开采系统在正常开采时雨季期间的 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。
江西榨一煤矿
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。
人为
第一节、 矿井水观测
矿井水 观测
伸直法 将曲线方程以直线关系式表示，并以直线关系式中的两 个相对应的变量建立坐标系，把(抽)放水试验的涌水量和 相应的水位降深资料，分别放到上述的四种曲线类型各自 的直线关系式坐标系中进行伸直判别。
散点图
Q-S曲线图 曲线伸直 直接看 S、Q相除 取双对数 过原点
S0 S Q
得到抽水试验散点 图！（Qi，Si）
第二节、 矿井涌水量的测定
1.容积法
2.浮标法
3.堰测法 4.流速仪法
5.水仓水位法
（一）容积法
（适用于涌水量较小时） 涌水量计算公式为：
V Q t
SH Q t
（二）浮标法
• • •
•
涌水量计算公式为：
L Q 0.8 F t
式中 Q—涌水量，m3/min； F—排水沟过水断面平均值，m2； L—上、下游断面间的距离，m； t—浮标从上游断面流到下游断面所需的时间，min。
第三节、矿井涌水量预测方法
预测失误原因 预测特点 1、水文地质比拟法 预测步骤
2、 Q-S曲线外推法 3、回归分析法
4、解析法 5、水均衡法
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。 例2：泗顶铅锌矿
（2）水文地质条件比拟法：
2、 Q-S曲线外推法
（1）建立Q–S曲线方程 可归纳为四种数学模型：
Ⅰ直线型
Ｑ
Q aS
Ⅱ抛物线型
Ⅴ Ⅰ Ⅳ
S aQ bQ
Q aS
1 b
2
Ⅲ幂曲线型
Ｓ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ对数曲线型
Q a b lg S
Ⅰ 直线型：承压井流（或厚度很大、 降深相对较小的潜水井流）
矿井地面 水文地质 观测
井下 水文地质 观测
矿井 涌水量的 观测
降水量
地表水
地下水
巷道 充水性 观测
观测要求
观测资料 的整理
含水层
岩层裂隙 发育调查
断裂构造
出水点
出水征兆
涌水量 统计
编制矿井 充水性图
编制涌水量与 有关因素的 关系曲线图
表1
出水 时间 出水 地点 出水 层位 出水 形式 出水口 标高(m) 水压 (MPa)
出水点记录卡片
出水量 (m /min)
3
水质 分析
出水 原因
水源 分析
对生产的影响
备注
矿井涌水量观测：
1、涌水量观测站点的布置：
固定站点：长期突水点、水文地质复杂的开采区、 排水井的下游、疏干石门水沟的出口、大巷水沟 入水仓处。 临时站点：一般出水点、采掘工作面的探放 水钻孔、井筒新揭露的含水层
2、涌水量观测要求： 按时间： 一般每旬观测一次 初揭露的涌水量未稳定之前，每天测量一次 突然涌水，每隔1-2h观测一次 按突水点： 回采工作面通过重要含水结构时，每天或每班测定一 次 疏干钻孔或老窑防水钻孔，每隔3-5天测定一次 竖井每延伸10m、斜井每延伸20m测量一次
矿井涌水量
第一节、 矿井水观测 第二节、 矿井涌水量的测定 第三节、 矿井涌水量预测方法


中 国 矿 业 大 学：郑 丽 萍 Email:zhlp1978@sohu.com
2013年10月16日
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。
意义：它是对煤田进行技术经济评价、合理开发的重要指标， 也是设计和生产部门制订采掘方案，确定排水能力和防治措施 的重要依据。在煤勘和矿建生产中具有重大意义。
（四） 流速仪法
（适用于涌水量较大的情况）
HR型流速仪
XY-1型多功能流速、流量监测仪
（五）水仓水位法
涌水量即可用下式计算：
H1 H 2 Q F t
式 中Q—涌水量，m3/min；
H1—停泵时水仓水位，m；
H2—停泵时间t时水仓水位，m； F—水仓底面积，m2。 水仓内测定水位示意图 t—水仓水位从H1上升到H2所需的时间， min。
Q aS
Ⅰ直线型
S 0 a bQ
Ⅱ抛物线型
1 lg Q lg a lg S Ⅲ幂曲线型 b
取单对数
Q a b lg S
Ⅳ对数曲线型
曲度法 在曲线上取两点， 由下式求出曲度值n： （Q1，S1）
lg S 2 lg S1 n lg Q2 lg Q1
（Q2，S2）
曲度判定
•
• • •
（三）堰测法
1.三角堰 2.梯形堰 3.矩形堰
三角堰
三角堰：适用于涌水量较小(＜0.01m3/s)的情况 涌水量计算公式为：
Q 0.014h
2
h
式中 Q—过堰流量，L/s； h—过堰水深，cm。
梯形堰
梯形堰 :适用于涌水量较大情况(0.01～0.3m3/s)
涌水量ห้องสมุดไป่ตู้算公式为：