12 矿井涌水量预测2.ppt

第十一章矿井涌水量预测,内容安排第一节概述第二节相关比拟法第三节水均衡法,一、矿井涌水置预测的内容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。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，对矿井的经济技术评价有很大的影响，同时也是矿山设计部门确定排水设备和制定防治水措施的主要依据。,在矿床勘探、矿井建设和生产中，应该根据所获得的资料，按精度要求正确地评价矿山开采各个阶段的涌水量。内容与要求包括五个方面矿井正常涌水量矿井最大涌水量开拓井巷涌水量疏干工程的排水量矿井突水量,1矿井正常涌水量，是指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，是指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，是指井筒立井、斜井和巷道平硐、平巷、斜巷、石门在开拓过程中的涌水量。,4疏干工程的排水量，是指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，是指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。,在地质勘探阶段，主要是进行评价性的计算，以预测矿井第一水平正常和最大涌水量为主；关于开拓井巷的涌水量预测，一般由矿山基建部门负责；生产矿井涌水量或专门性疏干工程排水量的计算、矿井突水量预测，则由矿山生产部门或矿山基建部门承担。,二、矿井涌水量预测的基本原则,矿井涌水量预测虽然在勘探和生产中占有重要位置，但至今对它的研究还很不够。1977～1978年，有关部门曾对55个重点岩溶充水矿山进行了水文地质回访调查，地质勘探报告预测的矿井涌水量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----误差达数十倍、上百倍,造成误差的原因分三个方面水文地质条件未查清选用的水文地质参数缺乏代表性数学模型选择不当,三、矿井涌水量预测的步骤,一个正确的预测方案，是随着对矿床水文地质条件认识的不断深入而逐渐形成的。一般情况下，矿井涌水量预测有三个基本步骤1、建立水文地质模型2、建立数学模型3、数学模型的结算及预测结果评价,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”。,2．建立数学模型根据水文地质模型选择相应的数学模型。目前矿井涌水量预测中，常用的数学模型为,,,3．数学模型的解算及预测结果评价数学模型的解算不是一个单纯的数学运算，应看作是对水文地质模型和数学模型进行全面验证识别的过程。数学模型的解算有助于对矿床水文地质条件作进一步深化认识，从而达到对数学模型本身作进一步的调整和修改的目的，最终使所建的水文地质模型和数学模型以及预测结果更加合理和趋于实际。,第二节相关比拟法,,一、水文地质比拟法二、涌水量降深曲线法,水文地质比拟法水文地质比拟法是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采区或工作面的排水或涌水量观测资料，来预测新建矿井的涌水量。该法的应用前提是新建矿井采区或工作面与老矿井采区或工作面的条件应基本相似，老矿井要有长期的水量观测资料，以保证涌水量与各影响因素之间数学表达式的可靠程度。但水文地质条件完全相似的矿井少见，再加上开采条件也有差异，故它只是一种近似的计算方法。,富水系数法单位涌水量法,,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。,,,,已建矿,,新建矿,,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。因此在用此法预测矿井涌水量时，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，人们对该法作了修正，提出了新概念，一般采用综合平均值为比拟依据。,采空区面积F0富水系数,采矿量P0富水系数,采掘长度L0富水系数,,综合,2、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变化的两个主要影响因素。根据生产矿井采区或水平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采区或水平在某个开采面积F和水位降深S条件下涌水量Q的依据。,,,,,,已建矿,新建矿,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采区或水平涌水量,,最小二乘法,,,二、涌水量降深曲线方程法根据稳定井流理论，抽水井的涌水量Q与水位降深S之间可用Q–S曲线的函数关系表示。Q–S曲线法就是利用稳定流抽放水试验的资料，建立涌水量Q与水位降深S的曲线方程，然后根据试验阶段与未来开采阶段水文地质条件的相似性，把Q–S曲线外推，以预测涌水量。,Q–S曲线法一般有四个步骤1、建立各种类型Q–S曲线方程2、判别实际的Q–S曲线的类型3、确定方程中的待定参数a和b4、井径换算,1、建立各种类型Q–S曲线方程Q–S曲线方程可归纳为四种基本类型和数学模型,Ⅰ直线型Ⅱ抛物线型,Ⅲ幂曲线型Ⅳ对数曲线型,,,△Q＞△S,△S＞△Q,,,,,△Q＞△S,△S＞△Q,,,Ⅰ直线型---承压井流（或厚度很大、降深相对较小的潜水井流）Ⅱ抛物线型---潜水、承压-无压井流（或三维流、紊流影响下的承压井流）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，即随S增大，Q的增量很小，曲线趋向S轴Ⅴ---表明试验可能有误或特殊现象发生,2、判别实际的Q–S曲线的类型（1）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,,,,,,取双对数,,过原点,取单对数,直接看,S、Q相除,,,,Ⅱ抛物线型,Ⅰ直线型,Ⅲ幂曲线型,Ⅳ对数曲线型,,2曲度法在曲线上取两点，由下式求出曲度值,n＝1，直线型l＜n＜2，幂曲线型n＝2，抛物线型n＞2，对数曲线型n＜1，说明抽放水资料有错误,,曲度判定,3．确定方程中的待定参数a和b一般情况下，利用各自的直线方程的形式，可由图解法求出参数a和b，a为截距，b为直线的斜率Ⅲ幂曲线型中，b为斜率的倒数。当精度要求较高时，可用最小二乘法求出参数a和b。将参数a,b及设计的水位降深S设值代入原方程，即可外推钻孔涌水量。,直线方程,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。现有的井径换算是以井流的水动力条件为依据的。当地下水为层流时,当地下水为紊流时,,对数关系平方根关系,,,实践表明，井径对涌水量的影响一般比对数关系大，比平方根关系小，故有人提出用二次或二次以上不同井径的抽水试验资料，建立由井径d换算涌水量的经验公式如下,式中，参数m和n可用最小二乘法等求出,Q－S曲线方程法的优点它避开了各种水文地质参数，且计算简单易行。因此在一些水文地质条件复杂的矿区，当边界条件复杂而难以建立解祈公式时，常借助该法来解决矿井涌水量的预测问题。,一般认为I型曲线出现在承压含水层或潜水含水层此时水位降深与含水层厚度相比应很小中，地下水呈层流状态；Ⅱ型曲线是在富水性强的含水层中强烈抽水、地下水在水井附近或强径流通道附近发生紊流的情况下出现的，这时水位降深在一些地区与流量的平方成正比；Ⅲ、IV型曲线一般认为是在含水层规模小、补给条件差的情况下出现的，此时一定要用真正稳定的Q和S建立方程。,Q－S曲线方程法是以稳定井流为基础的，而在含水层规模小或补给条件差的情况下，抽放水是很难出现稳定状态的（非稳定流）。涌水量曲线方程的形态不仅与含水层的介质性质、补给条件有关，而且随抽水时间的长短、抽水强度的不同而变化。因此采用Q－S曲线方程法时，一般要求试验孔的类型符合未来的开采条件，尽量采用大口径、大降深的抽水试验，同时延长抽水时间，以使水文地质条件充分暴露，这样所建立的涌水量曲线方程才能反映未来的开采条件。,Q－S曲线方程法在作外推预测时，推断的范围一般不应超过抽水试验最大降深的2～3倍也有人认为不应超过最大降深，否则预测的可靠性就会降低。,第三节水均衡法,,一、基本原理及应用条件水均衡法是利用水均衡原理预测矿井涌水量的一种方法，它通过研究某一时期均衡期矿区地下水各收支项目之间的关系，建立地下水均衡方程，从而计算矿井涌水量。其基本的形式为V补V排＝△V储式中V补均衡期内均衡区的补给量V排均衡期内均衡区的排泄量△V储均衡期内均衡区储存量的变化,侧向流入大气降水人渗V补地表水体渗漏补给其它含水层越流补给人工灌溉入渗等V排人工排泄侧向径流排泄天然排泄地下水蒸发排泄向其它含水层越流△V储弹性释放重力给水,,均衡要素,,,,,由于推确计算地下水均衡的各组成部分十分困难。因此，均衡法一般只适用于完整的水文地质单元内补给和排泄量容易确定并且有长期观测资料的矿区总涌水量的概算。,例如，某井田的充水岩层两侧被阻水断层所切割和限制，与区域地下水失去水力联系，而且顶、底板都是隔水层，自成独立的水文地质单元，开采煤层需要疏干含水层，当为定流量排水时，其矿井涌水量的计算公式可表示为,V排＝△V储,Qt＝MFiHFeQMFiHFe／t,,,M,F,H,,,,,弹性给水,重力给水,,,补充数值法涌水量计算实例,本章结束，谢谢,