矿井涌水量预测（李竞生）.ppt

矿井涌水量预测,煤炭科学研究总院西安研究院研究员博士生导师李竞生2010年5月,目录,一、矿井涌水量预测的重要性二、关于矿井涌水量预测的若干问题三、矿井涌水量分类四、矿井涌水量计算方法分类五、含水层参数识别六、矿井涌水量预测,（一）根据煤矿防治水规定第五十七条矿井应当配备与矿井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配电设备和水仓等，确保矿井能够正常排水。,一、矿井涌水量预测的重要性,（1）矿井必须建立排水系统。主要包括水泵、排水管路、配电设备、水仓、水沟等。不得将矿井水向老空区排放或私自泄入其他矿井，再由其他矿井排水。矿井水也不得私自泄入其它含水层中，例如（2）排水系统的设置应根据最新预测评价的正常涌水量和最大涌水量为依据，各种排水设施要相互匹配，确保矿井能够正常排水。,,二、关于矿井涌水量预测的若干问题,（一）矿井涌水量预测与水文地质条件1.区域水文地质条件岩溶水系统水文地质单元地下水补径排条件模型的边界条件,辛安泉、三姑泉、延河泉岩溶水系统,潞安矿区岩溶水系统,2.矿区水文地质条件,充水水源指矿井水来源；充水途径指水源进入矿井的通道。充水水源包括大气降水、地表水、地下水和老窑水。充水途径包括断层和裂隙密集带、陷落柱、煤层顶底板破坏形成的通道、未封闭和封闭质量差的钻孔、岩溶塌陷通道等。,矿井充水条件,（1）矿井充水水源[1]大气降水,大气降水对矿井的充水特征,矿井充水条件,（1）矿井充水水源[1]大气降水（1）降水造成矿床充水的特征，具明显季节性、周期性变化规律。,,矿井充水条件,研究大气降水对矿井充水的影响时，可将雨季最大涌水量（Qmax）与正常涌水量（Q0）的比值定义为季节变化系数（）（11）（2）降水随开采深度的增加，影响逐渐降低。,降水对矿井的影响可通过了解邻近生产矿井的涌水量变化情况确定,,矿井充水条件,（1）矿井充水水源[2]地表水,地表水对矿井的充水特征,地表水充入矿井的途径,,a，通过第四系松散砂砾层及基岩露头；b通过老窑直接渗入矿井；c洪水期通过低洼处的井巷灌入井下；d地表水体下采煤时，岩层移动产生的导水裂隙与地表水沟通,矿井充水条件,（1）矿井充水水源[2]地表水,地表水能否成为矿井充水水源及其渗入量的大小，主要取决于以下几个方面因素①地表水体的性质和规模常年性的大型水体可成为定水头补给边界，使矿井涌水量表现出大而稳定的特点，不易疏干，一旦出现淹井事故，矿井生产恢复难度大。如宜昌漳河水库被小煤窑打穿的例子。而季节性的水体只能间断充水，使矿井涌水量大小随季节变化，受大气降水过程控制。,②地表水体与井巷之间岩石的透水性岩层的透水性控制了矿井疏干排水的影响范围、垂直入渗水流的大小及影响深度，构成了地表水对矿井充水影响的关键因素。如果地表水体与井巷间为相对隔水的岩层，地表水体即使在矿井附近，只要采动破坏带波及不到，也不会引起充水作用；反之，若二者之间为强透水岩层，即使地表水体距离矿井甚远，也有可能影响矿井充水。,③地表水体与矿井的相对位置地表水体与矿井之间的相对位置应包括两方面一是指地表水体与矿井间位置高程的相对关系；二是指两者之间的距离大小。显然，只有位置高程高于矿井的地表水才有可能成为矿井充水水源；矿井与地表水体之间的垂距则决定了地表水体入渗量的大小。随着矿井开采深度的增大，距离地表水体的垂距越来越大，地表水体的充水影响程度会逐渐减弱，当达到一定深度时，这种影响则会消失。,[3]地下水,地下水源的充水特点和强度与充水岩层的特性密不可分，主要受以下几方面因素所控制。①充水岩层的空隙介质类型孔隙含水层成为矿井充水主要水源时，矿井涌水量动态受大气降水的影响较大，季节变化系数亦较大。裂隙充水岩层是矿井经常揭露的含水层，其涌水特点通常是水压大，而水量较小，不均一性和方向性明显，排水影响范围小。岩溶充水岩层对我国矿井充水的影响最为严重，北方的石炭二叠纪煤田、南方的晚二叠纪煤田均受岩溶充水含水层水的威胁。,②充水岩层的分布面积和厚度充水岩层的分布面积和厚度决定了含水系统的规模。一般情况下，分布面积和厚度越大，其中储存水量越多，矿井涌水量就越大。我国华北各矿区太原组的数层灰岩，因厚度不同，富水性差异较大。③充水岩层的边界条件及出露面积充水岩层的边界条件及出露面积决定了岩层接收补给的范围，补给量大小以及充水岩层中地下水的性质（是以静储量为主，还是以动储量为主），故对矿井充水也有较大的影响。,[4]老空水我国煤矿开采历时悠久，废弃的老窑比比皆是。老窑中往往储存有大量积水，对其下或相邻的矿井造成很大威胁，特别是历史上的老窑位置不详，一旦揭露或接近，常会造成突水。老窑积水充水的特点是来势猛，时间短，破坏性大。同时，老窑积水由于环境一般较封闭，故多为酸性水，对井下设备有较大的腐蚀作用，但由于与其它水源的联系较差，一般易于疏干。,老空及淹没井巷积水特征,（2）矿井充水途径①、断裂构造,断裂带的导水类型,断裂的水文地质特征类型,（2）矿井充水途径,断裂导水造成矿井突水约占突水事故的80以上。对勘探区内的断层应逐个说明其水力性质，也可引用邻近矿井井下断层突水资料进行类比和预测。,（2）矿井充水途径②、岩溶陷落柱岩溶陷落柱在我国华北地区的石炭二迭煤系地层中广泛分布，成因说法不一。华北型煤田岩溶陷落柱的基底主要为奥陶纪灰岩，而顶部则可能位于奥灰顶面以上的任何地层，甚至直达地表。90％以上的陷落柱是不导水不含水的。只有处于现代岩溶强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏地水位之下者，才能构成奥陶系突水的潜在威胁。虽然绝大部分陷落柱不导水，但陷落柱一旦导水，往往是灾害性的，例如开滦范各庄矿2171采面发生的陷落柱特大突水事故，最大水量达2053m3/min，皖北任楼矿突水量达200m3/min，邢台东庞矿突水量达1233m3/min等，均造成淹井事故。,,③、覆岩变形破坏形成的通道,“三带”与矿井充水关系,④、未封堵或封堵质量差的钻孔这是一种人为生成的充水途径。这类钻孔起沟通煤层上下含水层或地表水作用。回采揭露时涌水，水量、水压取决于是否贯通强含水层或地表水，以及钻孔孔径和水压差。当矿井排水能力较小时可能造成淹井事故。对已查明的这种钻孔，应通过留设防水煤柱等方法加以防范。,简而言之，冒裂带和导水裂隙带是导水的，而弯曲带一般不导水。因此确定冒裂带发育高度十分重要，因为冒裂带高度以内的含水层将受采煤影响，使其中的地下水流入矿井。以后我们还要专门讨论冒裂带高度的确定方法。,⑤、褶曲构造从水文地质上讲，褶曲构造使水文地质条件复杂化。向斜构造使煤层顶板含水层中水流不畅，易于形成地下水聚集现象，因此在向斜及盘状褶曲地区，开采影响范围内会出现短时间大量顶板淋水。而在背斜轴部则易造成底板含水层突水。,煤层顶板导水裂隙带发育高度确定方法,（一）采场顶部岩层破坏规律按采矿对顶部岩层造成的破坏程度和特征，分为冒落带、裂隙带和整体移动带；我们把前两者合称“冒裂带”。,,,煤层顶板导水裂隙带发育高度确定方法,（二）煤层顶板冒落带和导水裂隙带确定方法,,,冒裂带确定方法,,,,,,经验公式,现场实测法,数值模拟法,煤层采动后，其顶板覆岩按照破坏形式，可划分为垮落带、导水裂缝带和弯曲带三个不同的开采影响带。垮落带是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。具有以下特性无序性，垮落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内；碎胀性，它是使垮落能自行停止的根本原因；可压缩性，垮落岩块间的空隙随着时间的延长和采动程度的加大，在一定程度上可得到压实；垮落带的高度主要取决于采出煤层厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出煤层厚度的3-5倍。,煤层顶板导水裂隙带发育高度确定方法,导水裂缝带是指开采煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂，产生裂缝，且具有导水性的岩层范围。这一层具有成层性、连通性和导水性的特点。弯曲带位于裂缝带之上直至地表。其特点是具有隔水性，岩层的移动过程是连续且有规律，其发育高度主要受开采深度的影响控制。疏干开采要预先设置排水系统，防止导水裂缝带范围内的水突然涌出，造成灾害。为了确定疏干范围，必须预测导水裂缝带发育高度，该高度主要与煤层开采厚度和开采面积、覆岩岩性和组合方式、煤层倾角和埋深、煤层开采方法和顶板管理方法等因素有关。,确定煤层覆岩垮落带和导水裂缝带最大高度的方法有经验公式法、现场实测法和数值模拟法等。有条件的矿井，要采用多种方法综合确定。1.经验公式法,2.现场实测法主要在煤矿采空区上方施工钻孔，通过观测钻孔中冲洗液漏失量和钻孔中水位变化来确定垮落带和导水裂缝带高度。具体测定方法可参阅有关标准。此外，在现场运用地球物理勘探方法，测定垮落带和导水裂缝带发育高度，并最后用钻探实测结果校正，也是常常采用的一种实测方法。表4-1、4-2和4-3中经验公式适用于分层开采的情形。但近年来，由于综放开采具有高产高效的优点，因此在我国得到迅速普及。在目前尚未总结出适合综放开采的计算两带高度的经验公式条件下，采用现场实测法是较好的选择。,3．数值模拟法。用有限单元法或有限差分法等模拟确定导水裂缝带的高度，已有现成程序，如Flac-2D、Flac-3D和Ansys-2D等。经验公式法、现场实测法和数值模拟法这三种方法各有优缺点，有条件的矿井可采用多种方法综合确定。此外还有类比法、钻孔电视窥视法等其它方法。,矿区的水文地质条件应当基本清楚，矿井水文地质条件类似的含义是充水条件类似。由于水文地质条件的复杂性再加上开采因素，因此矿井涌水量预测是一个反复的过程，应当贯穿于详查、精查、建井和生产的全过程。,（三）矿井涌水量预测的标准问题1、预测结果要符合实际2、预测方法要合理,（四）矿井涌水量预测比水资源评价更为复杂水资源评价开采资源通过人工取水构筑物获得，可以人为控制。矿井涌水通过各种裂隙、断层、陷落柱、薄弱带、煤层顶板跨落而进入矿井，基本上不能人为控制，基本上是未知的。,,天然资源调节资源开采资源,三、矿井涌水量分类,（一）矿井正常涌水量，平水年（二）矿井最大涌水量，丰水年（三）疏降水量，可人为控制（四）矿井突水量,四、矿井涌水量计算方法分类,矿井和采区涌水量预测是矿井防治水工作的重要组成部分，也是最大的难点之一，至今还有没有很好的解决。涌水量预测方法大体分两类，一类是分布参数法，另一类是集中参数法。理论上讲分布参数法用偏微分方程表示，而集中参数法则用常微分方程表示。分布参数法的优点是能精确的刻绘出水头和水量的时空变化，通常所说的解析法和数值法（如有限单元法和有限差分法等）属分布参数法。分布参数法理论上虽然十分严谨，但实际应用往往有很大困难。矿区水文地质资料不足，不能满足模型设计要求，是应用这种方法面临的最大问题。集中参数法理论上不够严格，但对水文地质资料要求不高，计算起来也比较简单。矿井涌水量预测方法分类见框图6.5-1。,矿井涌水量预测方法分类,,,,,,,,,含水层参数主要包括渗透系数K、导水系数T，（TKM），给水度μ，弹性储水系数s，影响半径R等。,,,水文地质参数确定方法,,,,,,抽放水试验,大流量群孔抽放水试验,注水试验,五、含水层参数识别（求参）,,室内测试,,,,,,,,,,,（1）几个常用的抽水试验公式,,,,,（一）单孔抽放水试验,,,,,,,,,,（1）几个常用的抽水试验公式,,,单井抽水渗透系数计算公式承压水井潜水井,,,,,,,,,,,（1）几个常用的抽水试验公式如果有观测孔，可以利用观测孔的坐标和水位来代替前面公式中的R、rw和H0、hw。当有两个观测孔时,承压水井潜水井式中H1、H2离井轴的径向距离为r1和r2的二个观测孔中的动水位；S1、S2离井轴的径向距离为r1和r2的二个观测孔中的水位降深。,,,,,,,,,,,（1）几个常用的抽水试验公式承压水井降落曲线的方程式为潜水井降落曲线（浸润曲线）的方程式为,,,,,,,,,,,,,（2）渗透系数K和影响半径R计算方法1、承压含水层稳定流单孔抽水试验计算K、R值,,吉哈尔特公式,,迭代法求K、R,2、有一个观测孔时有两个观测孔时,,,,,（3）用泰斯公式计算T和S值这是一种定流量变降深抽水试验，必须有一个观测孔。式中T-导水系数，S-弹性释水系数，wu-井函数，观测孔距主井的距离，s-观测孔中的降深。求T和S的方法有配线法，直线法和计算机编程法。,,,,用定降深井流试验识别含水层参数,在某些自流盆地中，在某些矿井下，由于井孔所处的位置较低，下部承压含水层中的地下水往往具有“自喷”的特点。如果在这种情况下，先把井口关闭一定时间，使承压水位恢复至“静止水位”，然后突然将井口打开，则在一定的时间内，井流即具有降深保持不变、流量随时间自然减少的性质。,1数学模型及其解析解图2-6表示打入承压含水层中的一个自喷井。假设1、含水层为均质、等厚、各向同性、无越流存在的平面上无限大的承压含水层；2、“自喷”井为完整井，地下水的流动服从达西定律；3、地下水的释出与水头降低同时发生；4、试验前承压水面为水平；5、试验过程中，井水位的降深保持不变。,,,在上述假设条件下，用极坐标表示，地下水非稳定流动的偏微分方程及初始条件和边界条件为（2-33）用一个数学上变强度的汇点代替“自喷”井，这个问题的解为（2-34）式中（2-35）Q“自喷”井涌水量；sw“自喷”井中降深；rw“自喷”井半径；t“自喷”井开始涌水后的时间；T导水系数；S贮水系数；J0x第一类零阶贝塞尔函数；Y0x第二类零阶贝塞尔函数,,,,,令（2-36）则（2-34）式可写成（2-37）公式（2-36）不易直接积分，但可用一个积分和式代替并通过数值求积法求得。对于一定范围内的α和Gα值见图2-7。,,,,2含水层参数计算方法,根据定降深井流试验所获得的资料，一般采用配线法或直线法计算含水层的水文地质参数导水系数T，贮水系数S0,,,,图2-7Gα对α的对数关系曲线,,,,峰峰王凤矿2709孔定降深井流试验实测数据,,,,图2-9sw/Q对t/rw2半对数关系图,,图2-10Q对t的双对数关系曲线图,由于试验开始后18分钟这一段时间里，实测数据少（仅有四个点），因此用配线法和直线法算出的水文地质参数不完全相等。但是作为近似值或进一步用优化方法求水文地质参考值的初值，可分别取两种算法求得的T和S的平均值。,,（二）大型群孔抽水试验和放水试验法煤矿防治水规定释义中第三十二条进行大型抽水试验或大型放水试验的矿区，应当根据矿区水文地质特征、边界条件、充水方式等建立矿区水文地质概念模型和数学模型，利用数值方法（有限单元法或有限差分法等）评价、预测矿井涌水量和疏降水量。,利用大型抽放水试验资料识别含水层参数最常用的方法是试估校正法和逐个修改法，这两种方法需要人工调试。此外还有单纯形法，最速下降法，高斯牛顿法，最优控制法，数学规划法，逆线性化法和遗传算法等。下面简单介绍一下修正的高斯牛顿法,3地下水流方程的有限元解法,3.1地下水流方程考虑自然界中最常见的非均质各向同性二维承压含水层中的稳定和非稳定流动.对于稳定流动，控制方程和边界条件为,,3-1,对于非稳定流动，控制方程及初始和边界条件为,式中h－水头；T－导水系数；W－源汇项；S－储水系数；x,y－空间变量；t-时间；Q－流动区域；,－法向导数；,从上述方程不难看出，导水系数和储水系数是空间变量x，y的函数。,3-2,已知函数。,3.2地下水流方程的有限元解法,方程3-1和3-2可以用各种数值法来求解[3]、[36]、[57]。其中矩形网格有限差分法对拟合不规则边界和不规则参数分区效果不好，且解的精度不高，而边界元法对处理分块较多的非均质含水层有一定困难。因此，我们在这里采用Calerkin有限单元法求解上述方程。如果将渗流区域剖分成若干个三角形单元，则得方程3-1和3-2有如下离散形式,,3-3,式中，矩阵[B]，[C]和[F]的元素是,3-5,3-6,3-4,,3-7,式中φ为基函数，对于三角形单元△ijk图3-1，基函数φi，φj，φk，的定义是,,3-8,,图3-1三角形单元△ijk及结点i的专有子域,,,式中,而△是三角形单元△ijk的面积；（xi，yi），（xj，yj）和（xk，yk）分别为结点i，j，k的坐标。,,图用修正的高斯－牛顿法识别含水层参数的流程图,输入参数初值K0和约束a,b,计算,输出参数,停止,是否满足收敛准则,形成gK0）和[J],,用投影算子求出P0,用二次插值计算λ0,,开始,求解[J]T[J]△K[J]Tf,确定P0,,计算和,,,是,否,,,,,,,,,,,,,,,,,,4-1,1给出参数初始估计值K0，计算在该点的值及其一阶偏导数i1，2，，m的值；2根据计算的偏导数形成矩阵[J]，然后解方程组[J]T[J]△K-[J]f，求出改进量△K；3计算目标函数E在K0点的梯度g和高斯－牛顿方向△K，并且引入投影算子，确定探索方向；4利用二次插值法求出。再按式4-10形成改进点K1，如果满足收敛准则，则停机，否则以K1代替K0返回到1，进行重复计算，直到满足收敛准则为止。利用修正的高斯－牛顿法识别含水层参数的过程见框图4-1。,4.3计算步骤,6.1理想化模型,为了说明修正的高斯－牛顿法在含水层参数识别中的有效性以及各种随机和非随机因素对参数识别结果的影响，我们选取一个非均质各向同性承压含水层作为理想模型图6-1。渗流区用三角形单元剖分，单元总数92，结点总数59。边界ABC为定水头边界，水头等于100m，其余边界为隔水边界；初始条件。我们假定含水层的储水系数为已知，S0.0001；含水层中有一口以不变流量30000m3/d抽水的水井，位于结点48。,,图6-1理想化模型及有限单元剖分,,图6-2五个导水系数分区的情形,用理想模型产生的各观测孔水位表6-1,现在我们在理想模型上利用正演产生的上述“观测”数据考察修正的高斯－牛顿法能否使含水层导水系数从“初值”返回到“真值”，与导水系数识别有关的基本数据列于表6-2。,与导水系数识别有关的基本数据表6-2,用修正的高斯－牛顿法经过5次迭代识别的导水系数列于表6-3，其中灵敏度系数矩阵分别用灵敏度方程法、变分法和影响系数法计算；在用影响系数法时，取α0.001。表6-4给出了在迭代过程中目标函数和导水系数的变化情况，这里灵敏度系数矩阵用灵敏度方程法和变分法计算。表6-5是在α取值不同的情况下用影响系数法计算灵敏度系数矩阵所得到的导水系数识别结果。,经5次迭代识别的导水系数表6-3,在迭代过程目标函数和导水系数的变化情况*表6-4,*灵敏度系数矩阵用灵敏度方程法和变分法计算。,（1）矿区（井）水文地质补充勘探一般不采用注水试验方法，但有下列情形时，可进行注水试验一是为矿井防渗漏研究岩石渗透性；二是含水层水位很深（达数百米），现有抽水设备无法进行有效抽水试验；三是含水层水量极小，现有抽水设备无法形成稳定的抽水量（“一抽即干”），也即无法进行有效的抽水试验。,（三）注水试验法,（2）在进行注水试验前，应编制试验设计书。设计书应包括下列内容试验层段的起、止深度；孔径及套管下入层位、深度及止水方法；采用的注水设备、注水试验方法，以及注水试验质量要求等。设计书应经勘查单位技术负责人审核。（3）注水试验施工主要技术指标，应当符合下列要求一是根据岩层的岩性和孔隙、裂隙发育深度，确定试验孔段，并严格做好止水工作；,,二是注水试验前，彻底洗孔，以保证疏通含水层，并测定钻孔水温和注入水的温度；三是注水试验正式注水前及正式注水结束后，进行静止水位和恢复水位的观测。（4）注水试验从原理上，类似于逆向“抽水试验”，因此其主要技术要求同抽水试验。,（四）其它方法室内测试方法、瞬时抽注水试验法、流量测井法、物探方法等。,一般采用承压转无压的公式,六、矿井涌水量预测,,（一）大井法,,,,,,Q-大井涌水量，（m3/d）K-含水层渗透系数，（m/d）H0-抽水前大井的水柱高度（从含水层底板到初始静止水位），（m）M-承压含水层厚度（m）h0-抽水稳定后大井中的水柱高度（从含水层底板到动水位），（m）r-大井的引用半径，（m）；用计算之，其中F-大井的面积，（m2）R-引用影响半径，RR’r其中，R’-为用抽水试验资料计算出的影响半径，（m）当抽水试验只有主孔、不带观测孔时，R’用承压水影响半径的经验公式吉哈尔特公式近似计算,（m）其中sw为单井抽水试验主孔的水文稳定降深值，（m）,（一）大井法,,当抽水试验带有一个观测孔时，R’用如下的公式计算当抽水试验带有两个观测孔时，R’用如下的公式计算,（一）大井法,引用半径r的确定方法根据矿坑平面图的形状，引用半径r可以用不同的计算公式确定。例如当井巷系统为不规则圆形时式中的F为巷道系统所包括的面积。还有一些其它计算r的公式。,1、富水系数比拟法采用单位涌水量比拟预测公式，即式中Q-待预测矿井的涌水量，（m3/a）；q-已生产矿井的单位涌水量，（m3/吨煤）；W-待预测矿井的生产规模，（吨煤/a）。选取水文地质条件相似的已生产矿井，先求出q，可考虑下沟煤矿，火石嘴煤矿和水帘煤矿。将三矿单位涌水量的平均值或加权平均值作为上式中的q。,,,（二）水文地质比拟法,,,,富水系数不仅要求水文地质条件相似，而且要求开采方法，范围，进程大体相同。,2、其他比拟法水文地质条件比拟法，实质是在水文地质条件相近和开采方法相同条件下，利用现有的矿井涌水量观测资料采用经验公式，预测未来的矿井涌水量。常用预测方法为（1）降深比拟法，公式为（n≤1）（2）采面比拟法，公式为（m≥2）（3）单位采长比拟法，公式为（n≤1）,,,（二）水文地质比拟法,,,4采面采深比拟法，公式为（n≤1，m≥2）式中Q0-已知矿井实际排水量，m3/h；S0-已知矿井实际采深，m；F0-已知矿井实际开采面积，m2；L0-已知矿井实际开采巷道长，m；Q-设计矿井涌水量，m3/h；s-设计矿井开采深度，m；F-设计矿井开采面积，m2；L-设计矿井巷道开采长度，m；m-与地下水流态有关系数m值介于1-2之间。。,（二）水文地质比拟法,在煤田地质勘探阶段，一般用大井法和水文地质比拟法预测煤层顶板矿井涌水量。关于煤层底板突水水量，目前无好的预测方法，有人也用水文地质比拟法，例如,式中，Q1，S1-预测矿井的突水量和开采标高；Q2,S2-水文地质条件相似矿井的涌水量和开采标高。,,,,,在生产实践中，常常根据抽水试验资料作出水井的流量Q与水位降深s之间的关系曲线，然后由该曲线通过数学方法找出Q和s之间关系的表达式，即配出经验公式。然后用它进行水位或流量的预测。配经验公式的一般步骤如下,（三）Q-S曲线外推法,1．根据抽水试验资料，得到每一抽水落程稳定时的流量Q和水位降深s，作出Q-s曲线。2．根据Q-s曲线的形状，判断经验方程的类型。3．确定经验公式的系数，建立经验公式。确定系数的方法主要有图解法和计算法两种。因为通常抽水试验的落程次数多于未知系数的个数（即方程数多于未知数的个数），计算时最好采用最小二乘法来求解。4．根据经验公式，进行流量（或降深）的预测。一般预测的降深不能超过抽水试验时最大降深1.5-2倍。不允许利用降深很小时的试验资料所建立的经验公式来预测大降深时的流量。,,表2-1Q-s关系曲线,井径换算,还有其它井径换算公式可参考。,（四）解析法边界条件简单的矿区可用解析法，在利用解析法的时候，应当通过映射去掉边界的影响进行叠加。解析法最大缺陷是，含水层是均质的，边界形状是规则的。解析法公式很多，例如矩形含水层的计算公式,式中,稳定解为,式中s－降深；S－储水系数；T－导水系数；t－时间；x，y－坐标；Q－抽水井流量；ξ，n－抽水井坐标；a－含水层尺寸；m，n－整数；,此外，还有带状含水层，象限含水层，无限含水层等各种稳定和非稳定流公式。大家可以参考有关书籍。,（五）用数值法计算疏降水量边界条件简单和复杂的矿区都可用数值法，特别对于非均质各向同性和各向异性含水层特别有利。含水层参数可以是点状分布，面状分布，多项式分布，有限元差值等。数值方法加最优化方法特别适合计算疏降水量。,,疏干降压地下水管理模型管理模型目标在于保持采煤工作面内部稳定水头低于给定值时的水量极小。疏干降压地下水管理模型为,,,,,,安全水头he0.01P,（六）用数值法计算巷道涌水量,hy,hH,,,,（七）工作面顶板涌水量计算的数值法无法描述开采过程中水流的非稳定过程，近似地计算工作面采完后的涌水量。,,,工作面或采区或矿井巷道范围,边界,,A,,（八）关于疏水降压（疏干）（1）顶板水不易疏干的情形朝鲜安州煤矿弱透水层疏干问题安州煤矿开采第三系煤层，煤层直接顶板为泥岩，平均厚度6米，其上为砂岩含水层，平均厚度13米，渗透系数K0.1～4.5米/日。采煤工作面长期淋水，工作条件差，泥岩遇水膨胀，造成支护困难。加速含水层疏干方法,,,,,,,○,○,○,○,,●,●,●,●,岩层倾向,●--注气孔○--出水孔,,,,,,,,式中,,,,,,,,,,,－－分别为气和水的密度；－－分别为气和水的压力；－－分别为气和水的粘滞度；－－分别为气和水的相对渗透率；－－含水层的孔隙度；－－毛细水压力；－－气和水的源汇项；－－空间变量；－－时间；,D－－标高；,k－－含水层渗透系数；,g－－重力加速度。,如果流动是平面上的二维流，则上述方程可以简化。值得注意的是气和水的相对渗透率是饱和度的函数，应作为已知函数代入方程。毛细压力PC也是饱和度的函数，也应作为已知函数代入方程。在近似条件下，毛细压力PC可以忽略，因此有PgPw。上述方程组比较复杂，一般需用数值法求解。通过解上述方程组可以研究各种参数之间的关系，了解气水界面运动情况。安州煤矿的实践表明，用上述方法使钻孔疏水量提高5-8倍。研究和引进TOUGH2多相流软件，有利于求解这类问题。,（九）突水量预测目前，基本上没有办法。可以考虑的方法有比拟法，罗曼公式法和其它解析或水力学的方法。,岩溶裂隙含水介质和开采因素的困扰是煤矿区水量和水质等计算面临的最大挑战。煤矿区水管理存在的问题比较多。目前与水有关的计算主要采用基于REV的确定性数学模型。以微分方程表示的这种方法在均匀介质中很好的刻绘和描述了某些量的时空变化规律。对于像岩溶裂隙含水层这类介质该如何应用这种方法地下水非经典随机理论对水文地质参数的时空描述和由此而产生的数学模型的表达会更接近实际；优势流理论的思想和其它一些基础理论的研究对解决岩溶地区的水流和水质问题应该会有帮助。煤矿的水管理的诸多问题具有挑战性，国家自然科学基金委加大力度支持基础研究和应用基础研究的研究，一定会加速这类问题的解决。,