计算矿坑涌水量预测——解析法概述.docx

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1、任务十六 矿坑（井）涌水量预测四、计算矿坑涌水量预测一一解析法概述课程目的掌握解析法的原理、适用条件和计算方法步骤，具有矿坑涌水量预测专业技能课程任务1、掌握解析法的原理、适用条件2、掌握解析法计算方法步骤课程内容1、解析法的原理和应用条件2、解析法计算方法步骤重点、难点解析法计算方法（-）解析法的原理和应用条件解析法：依据地下水动力学原理，用解析公式预测不同条件下的矿坑涌水量。是目前矿坑涌水量预测应用最广泛的一种方法。常用“大井”法进行计算。大井法：将坑道系统看成一个面积与之相等、半径为r。的等效的理想“大井”，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，即可采用井流公式预测矿坑涌水量。（二

2、）计算方法、步骤-）建立水文地质概念模型1、分析疏干流场的水力特征（1）区分非稳定流与稳定流一般，矿山开采初期（开拓阶段），开拓井巷不断发展变化，疏干漏斗的外边界不断扩展，矿坑涌水量以消耗含水层储存量为主，该阶段疏干场院一般为非稳定流；矿山开采后期（回采阶段），疏干流量主要受流场外边界的补给条件所控制，在补给条件不充分的矿区，疏干流场以消耗含水储存量为主，仍为非稳定流，在补给条件充足的矿区，或具定水补给边界的矿区，矿坑涌水量与补给量平衡，一般出现相对的稳定流，矿坑涌水量预测可以稳定并流理论为基础。(2)区分层流与率流矿区地下水在疏干条件下与天然运动状态相比，在大面积内仍为层流，仅在疏干工程附近

3、常出现紊流，故达西定律仍然是建立确定性模型的基础。一般常以抽(放)水试验为依据，用单位涌水量法对层流、紊流进行判别，计算式：承压水 qi = Q1S1Q2S2Q3Q3潜水 qi = Ql (2H-S1) S1=Q2 (2H-S2) S2=Q3 (2H-S3) S3若各次计算的单位涌水量q为一常数或接近常数，则地下水为层流运动，否则为紊流或混合流。(3)区分平面流或空间流疏干流场的地下水运动形式，受坑道类型与分布状态的控制，呈复杂的流态，在宏观上概化为流向完整井巷的平面流和流向非定整井巷的空间流二种。流向完整井巷的平面流：地下水流向完整井巷的平面流运动，乂可分为平面的辐射流和剖面的平面流二种形式

4、。竖井排水时产生平面辐射流，水平巷道排水时产生剖面的平面流。平面辐射流以并流公式表达，剖面平面流则用单宽流量公式计算。流向非完整井巷的空间流：空间流带往往仅限于非完整井巷附近，其范围约为含水层厚度的1.52. 0倍。通常采用平面分段法进行完整竖井的涌水量计算，用剖面分段法或有经验公式进行非完整平巷的涌水量近似计算。(4)区分潜水与承压水在矿坑降压疏干排水时，往往出现由承压转化为无压水或承压一无压水。止匕外，在某些倾斜岩层分布的矿区，还可能出现一侧保持原始承压水状态，另一侧却转化为无压水或承压一无压水。2、确定边界类型（1）侧向边界条件概化边界类型的划分：隔水边界和供水边界二类。边界形态的简化：

5、解析法计算模型要求将不规则的边界形态，简化为一些理想化的几何图式边界，如无限直线边界、直交边界、斜交式边界和平行边界等。（2）垂向边界类型的概化根据疏干含水层顶底板性质，依据解析法的计算要求，一般分为垂向隔水边界和垂向越流补给边界二类。越流边界可分为定水头和变水头二种。目前，解析法主要能解决定水头越流补给边界的问题。-）建立数学模型（预测计算方程）建立数学模型，即正确确定计算方法和建立计算公式。常用的矿坑涌水量计算模型有：大井法、辐射流法、集水廊道法。1、大井法坑道系统的排水，一般最终都能形成以坑道为中心的径向水流，大井法就是把坑道系统看成一个面积与之相等、半径为r。的等效的理想“大井”，整个

6、坑道系统的涌水量量，就相当于大井的涌水量，即可采用井流公式预测矿坑涌水量。见P253表13-1。大井半径的确定：若矿井巷道系统及采区接近于等轴形，即采区长/宽2,则大井半径I（F冗严2若矿井巷道系统及采区近于长条形，即采区长/宽2,则大井半径IP2五大井降落漏斗的影响范围半径Ro =r0+R2、分区法也称辐射流法。原理：根据疏干流场的边界条件与含水层的非均质性特点，沿流面和等水压面将其分割为若干条件下不同的扇形分流区，每个扇形分流区内地下水流都呈辐射状，沿流面分割所得扇形区边界为阻水边界，沿等水压面分割所得的扇形区边界为等水头边界，用卡明斯基平面辐射流公式计算各扇形区的涌水量，其总和即为矿井涌

7、水量。承压水：Qi=K(bb2)(lnb-lnb2)*M(h-h2)/L潜水：Qi=K(b1-b2) (lnb1-lnb2) * (h12-h22) /2LQ=Qi3、水平巷道解析法(集水廊道法)用地下水天然流量计算公式计算。)参数确定计算参数包括含水层的厚度M、渗透系数K、给水度u,大井的半径r。、影响半径R和影响带宽度L,最大水位降深值S等。各项参数据精确程度及其代表性直接影响矿坑涌水量预测的精度。1、含水层厚度M或H解析法视含水层的厚度为等厚，因此，要求采用总体平均的数值。计算时，应根据岩性、地质特征等分为若干计算区，各区的面积为Fi,分区计算各区的平均厚度Mi或Hi,最后用面积加权平均

8、法求得矿区的总体平均厚度Mcp或Hep.Mcp=FiMiFi2、岩层的渗透系娄K首先应区分含水层是均质或非均质，解析法主要选用于均质含水层。而矿床多产于非均质的裂隙和岩溶含水层充水地区，可用求平渗透系数Kep的方法确定K值，相差程度较大时，应作分均值概化或均值计算。常用方法:(1)加权平均法：厚度平均法：Kcp=MiKiMi面积平均法：Kcp=FiKiFi(2)流场分析法：根据一张抽放水试验资料绘制的较为可靠的等水位线图，或根据流场的总体特征将其分割为若干具不同特点的区段，前者称为闭合等值线法，后者称分区法。闭合等值线法：据达西定律Q=-KML hrKcp= -2QMcp(LlL2) hr分区

9、法：根据辐射流计算公式反算K值Kcp=Q (b1-b2) (lnbl-lnb2) * (h11-h22) /2L3、“大井”的引用半径r。在理论上将形状复杂的坑道系统看成一个与之等效的理想大井工作，按井流公式计算矿坑涌水量，称之为大井法。大井的引用半径一般根据坑道系统分布区的长宽比,当长宽比大于2时:r0= (F )1/2当长宽比小于2时:0=P2 式中F为坑道系统分布范围所圈定的面积m2o4、疏干井巷(系统)排水时的影响半径r。或影响带宽度Lcp用大井法预测矿坑涌水量时，其降落漏斗的影响范围半径R。应从大井中心算起。Ro = R + r0当计算狭长水平巷道涌水量时，其疏干排水影响范围用影响带

10、宽度Lcp表示。(1)经验、半经验公式潜水：库萨金公式：R=2S (hK)1/2承压水:西哈脱公式:R=10S(K)z2(2)塞罗瓦特公式：对于复杂坑道系统的影响半径，应根据坑道系统边缘与天然水文地质边界线之间距离的加权平均值计算：Rcp=r0+ (bcp*L) L(3)外推法：根据多落程的抽水试验资料，确定R与S或R与Q的线性关系，外推某疏干水平或某疏干量的应疏干影响半径。如：R=aSm或R=aS:(4)作图法：根据多个落程的抽水试验资料，绘制R=f(S)和R=f(Q)曲线，外推求出Ro5、最大水位降深Smax矿坑疏干排水最大水位降深应使地下水位降至巷道底板或取Smax=H(含水层水位或厚度

11、)。四)矿坑涌水量预测1、稳定流解析法计算、预测内容主要有两个方面：(1)在已知开采水平最大水位降深的条件下，预测矿坑总涌水量(2)在给定疏干排水能力的前提下，计算区域的水位降深(或水压降低)值。例：某在建矿井，开采石炭系下统测水组Gc煤层，产状平缓，倾角8-12。设计开采最低标高至-50ni,设计开采区(近似正方形)平面积31400据勘探资料，矿井充水水源为上覆测水组Gc和梓门桥组Cz岩溶裂隙潜水，含水层厚100m,渗透系数0. 25md0预测矿井涌水量。2、非稳定流解析法计算预测内容（1）已知S及疏干时间t,预测疏干量Q。（2）已知排水量Q及水位降深S,预测疏干时间t。（3）已知排水能力Q及疏干时3预测疏干漏斗各点的水位降深S。（4）定降深变流量计算。