矿井涌水量的计算与评述 钱学溥 （国土资源部，北京 100812） 摘要：文章讨论了矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字。文章推荐了反求影响半径、作图法求解矿井涌水量的方法。 关键词：矿井涌水量；勘查；计算；精度级别；允许误差；有效数字 根据1998年国务院“三定方案”的规定，地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则（试行）》。该技术文件6.7款规定，地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定，计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为，认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差，不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要，而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下，也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面，围绕这一问题，对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字等方面，作一些论述和讨论。 1 矿井涌水量与水文地质勘查 矿井涌水量比较大，要求计算的矿井涌水量精度就比较高，也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表1，可以作为部署水文地质工作的参考。 表 1 矿井涌水量与水文地质勘查 Table 1 Mine inflow and hydrogeological exploration
注：○1多年生产的矿山是指：开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，如即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。○2多孔抽水试验，是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。○3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验，其抽水总量，一般要达到计算矿井涌水量的1/3～3/4，持续抽水几十天。○4利用地下水动力学计算公式，计算矿井涌水量，就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。○5数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等（参考钱学溥，娘子关泉水流量几种回归分析的比较，《工程勘察》1983第4期，中国建筑工业出版社）。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量，把矿井涌水量作为因变量。○6数值法也就是计算机模拟，是通过利用计算机模拟地下水流场的变化，计算矿井涌水量的一种方法。○7常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量，只考虑了含水层的导水性，没有考虑地下水的补给量。因此，只有进行了解析法和水均衡的计算，用地下水的补给量验证解析法计算的结果，计算的矿井涌水量的精度才能达到C 级。 2 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件 2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件，要求在该水平开采的几年到几十年内，矿井排水计算的地下水影响半径边界上的水头高度，永远稳定在计算采用的高度上。 2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式，恰恰相反，它的使用条件是地下水没有补给，含水层分布无限，地下水影响半径不断向外扩大。 2.3由于采用大井法、集水廊道法，一般都没有考虑地下水补给量的问题，因此，计算的结果可能有较大的误差，它的精度一般只有D级。
管井设计涌水量计算 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
乐享 管井设计涌水量计算 经营教育 乐享 2012-12-1 水文地质参数索引 a ：含水层厚度，单位米（m）； D g ：过滤管外径（m）； h ：井中的水深，单位米（m）； H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）； K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大 小、形状、排列）；单位米/天（m/d）； L ：过滤管有效进水长度（m），宜按过滤管长度的85%计算； N ：过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算；q n ：单位出水量（m3/（））； Q g ：过滤管的进水能力（m3/s）； Q ：管井出水量，单位m3/d； Q1、Q2：抽水井稳定流出水量，单位m3/d； Q n ：单井实测最大出水量，单位m3/d； 主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。
r1、r2：抽水井至观测孔距离，单位米（m）； r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）； R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）； S1、S2：观测孔内水位降深，单位米（m）； S1‘、S2’‘：观测孔内水位降深，单位米（m）； S ：水位降深，单位米（m）； S n：相应Q n时的最大水位降深，单位米（m）； T ：导水系数，T=KM，单位m2/d； V g：允许过滤管进水流速，单位m/s，不得大于s； V j：允许井壁进水流速，单位m/s； 目录
[收稿日期] 2005212210;[修订日期] 2006202220 [作者简介] 张本臣(19592),男,黑龙江牡丹江人,黑龙江省有色金属地质勘查702队工程师. 矿坑涌水量预测的影响因素分析 张本臣,刘喜信,孙传斌 (黑龙江省有色金属地质勘查702队,黑龙江牡丹江 157021) [摘 要]矿坑水的补给条件、矿体围岩的岩性和产状、矿床的开采方式以及所选计算公式各参数是预测矿坑涌水量时应考虑的主要影响因素。 [关键词]涌水量;影响因素分析;矿坑 [中图分类号]TD 742+1[文献标识码]A [文章编号]100122427(2006)012058204 由于涌水量预测的精确程度直接影响矿床的合理开采和安全生产,因此,工作时必须对影响矿坑涌水量预测的因素进行周密的研究和考虑。预测矿井正常和最大涌水量,为防止矿井突水提供水文地质资料,为确定合理治水方案提供依据。正确地预测矿坑涌水量,是在详尽查明矿坑充水因素及获得可靠计算参数的基础上,根据矿床开采设计,选择相应的公式进行的。本文在以下几个方面加以探讨。 1 矿坑水的补给条件对矿坑涌水量预测的影响 流入矿坑的水,包括矿坑揭露的矿体及其围岩本身贮存的地下水的静储量,通过不同岩层或岩体和不同途径进入矿坑的地下水的动储量,某些情况还有来自深层的承压水。因此在预测矿坑涌水量时,应当首先考虑充水因素影响的强度和延续时间,然后矿坑充水的补给范围,补给面积和补给边界。 大气降水,往往直接或间接地成为矿床充水因素,影响矿坑涌水量的变化速度、幅度和延续时间。具体的水文地质条件如补给区的远近、埋藏的深度、降雨强度和延续时间等也是矿床充水的因素之一。一般来说,距补给区近、埋藏浅的矿井的涌水量变化速度快、幅度大;而距补给区远的埋藏深的矿井则相反。雨季涌水量大,旱季涌水量小,且和大气降水对比有延迟现象(见表1)。 表1 某铅锌矿二层平硐自然涌水量与季节关系 Table 1 The relation sh ip between two dr if t natural i nf low of water of so m e Pb ,Zn deposit and season s 坑道海拔高度 (m ) 旱季涌水量(m 3 d )雨季涌水量(m 3 d )涌水量增加幅度(倍)最大涌水量出现月份629 29189851732197、8、9571411251311803127、8、9 地表水体(河流、湖泊、水库、海洋等)对矿床充水的影响取决于矿体与地表水力联系程度、补给距离和地表水体的规模。如黑龙江省翠宏山铁矿,矿体位于靠河岸下50～100m 第25卷2006年 第1期3月 吉 林 地 质J I L I N G E O LO G Y V o l 125,N o 11M ar 1, 2006
煤矿水文地质特征和矿井涌水量预测探讨 发表时间：2019-04-19T16:29:12.710Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：杜继国魏修立 [导读] 摘要：随着时代的不断前进，我国科技在不断的发展，煤矿生产安全一直受到矿井涌水的威胁，对煤矿的正常生产造成非常大的影响。 皖淮南市淮浙煤电公司顾北煤矿顾北煤矿调度信息中心安徽淮南 232151 摘要：随着时代的不断前进，我国科技在不断的发展，煤矿生产安全一直受到矿井涌水的威胁，对煤矿的正常生产造成非常大的影响。基于此，需要切实加强对煤矿水文地质特征的分析，并积极预测矿井涌水量，这是不容忽视的，也是非常重要的。本文主要探讨了煤矿的水文地质特征，并对几种矿井涌水量预测方法进行分析探讨，以便显著提高煤矿开采的安全性和高效性，更好地促进煤矿的发展。 关键词：煤矿；水文地质特征；矿井涌水量；大井法 引言 矿井涌水量是指矿井开拓与开采过程中，单位时间内涌入矿井（包括井巷和开采系统）的水量，它不仅是一个表征了矿井充水强度和矿井水文地质条件复杂程度的重要指标，同时也是矿井排水系统设计的重要依据。矿井涌水的组成十分复杂，体现在突水水源和通道的复杂性上。目前矿井涌水量预测大体上可以分为确定性预计方法和非确定性（随机）预计方法两类。其中确定性预计方法主要包括解析法、模拟法、数值法与水均衡法；非确定性预计方法主要包括水文地质比拟法、回归分析法、模糊数学法、灰色关联法、神经网络法、时间序列分析法和混沌模型法等。 1井田水文地质特征 上部含水层（组），含水层段厚度72.54～122.89m，矿化度0.469～0.675g/L，水质类型为HCO3-Na及HCO3·SO4-Na型。该含水层中等～强富水性。矿区水量充沛，水质良好，为生活饮用水主要水源。中部含水层（组），含水层段厚度22.82～224.81m，矿化度1.388～ 2.571g/L，水质类型Cl-Na、Cl·SO4 -Na和SO4·Cl-Na型。该含水层中等～强富水性。由于上部隔水层隔水性不稳定，厚度变薄地段，上含与中含可产生水力联系。下部含水层（组），含水层组厚度0～68.90m，矿化度1.319～ 3.059g/L，水质为Cl-Na、Cl·SO4 -Na型。下含于东北方向最厚逐渐向西南方向变薄至缺失。该含水层弱～强富水性。中部隔水层岩性主要由厚层粘土、砂质粘土和薄层细砂组成。粘土质细、纯，可塑性较强，具有膨胀性，厚度大，分布稳定等特点，阻止了中部含水层（组）及以上含水层与下部含水层（组）之间的水力联系。底部“红层”含水层，厚度为0～15.20m，矿化度1.768～2.301g/L，水质为Cl- Na型；主要零星分布，为弱富水性。下部隔水层平均厚度13.71m。岩性主要由固结粘土、砂质粘土、固结砂质粘土混和构成。固结粘土和固结砂质粘土中富含钙质，具良好隔水作用。下部隔水层在井田内总体上分布较稳定，下含对基岩不产生直接补给，但局部存在缺失区。 1.2充水因素分析 1）大气降水大气降水会对新生界松散层孔隙含水层进行补给，大多数时候由于受到诸多因素的影响，要想让大气降水向煤系含水层渗透，难度是非常大的。除此之外，由于下部隔水层分布稳定，且有着非常强的隔水性，因此在下部隔水层的作用之下，大气降水与煤系含水层之间并没有较大的关系。2）断裂构造带煤矿内的大多数断层处于天然状态，并没有较好的富水性和较强的导水性。在井巷施工的过程中将断层穿通，这样断层裂隙带的地下水就会进入到煤矿中，只是并没有很大的水量。但是因为已经破坏了天然的平衡状态，断层的导水性会相应地增强。一旦主采煤层对口，或者沟通富水层，就极有可能发生突水的状况。3）石灰岩岩溶裂隙水不管是太原组，还是奥陶系石灰岩岩溶裂隙水，一般情况下都不会对煤层开采造成直接的充水影响。但是当发生断层或者出现陷落柱的时候，煤层就开始与石灰岩对口接触，缩短了两者之间的距离，这会直接对矿坑造成充水影响，或者使巷道发生底鼓的情况，进而间接地使得该煤层成为充水含水层。 2矿井涌水量的预测 2.1选取计算方式 如果矿坑在疏干当中有着比较稳定的涌水量，就可以认为地下水辐射流场是以矿坑为中心点形成的，与稳定井流的条件相符。因为矿坑的形成并不具有一定的规则，尤其有着广泛的坑道系统分布，所以使得其边界构建非常复杂，这就需要对其进行理想化处理。从理论层面来看，可以将具有复杂形状的坑道系统看成是一个工作的大井，而将不具有规则性的坑道系统圈定的面积看成是大井的面积，那么整个系统的涌水量就接近于大井的涌水量。在对涌水量进行计算的过程中，可以采用稳定流基本方程的方法进行计算。此种方法也被称为“大井法”。具体的计算方式就是通过对坑道系统长度（A）和宽度（B）大小的测量，确定半径R，最后在预测涌水量时再采用大井法进行预测[3]。实际中，在对矿井的涌水量进行预测时，需要充分考虑选择何种计算方式。“大井法”详细的计算方式分析如下。 2.2计算方式分析 可以选用承压转无压水的方法对矿坑的涌水量进行计算，即： 式（1）中，Q为拟建新矿井的涌水量，m3/d；K为渗透系数，m/d；M为承压含水层所具有的厚度，m；H为承压水由井底开始到水头的平均高度，m；h0为含水层底板至井中动水位的高度，m；R0为引用影响半径，m；r0为引用半径，m。 2.3数值模型 根据本区渗透介质空间分布特点，为了尽可能真实地反映岩层中地下水的渗流状况，在满足模拟精度的前提下，模型剖分初期以100m×100m等间距剖分。考虑了采掘后出现的冒落带和导水裂缝带情况，经过初期剖分和后期加密剖分，模型横向上共剖分成263个单元格，纵向上共剖分成253个单元格，且工作面区域以剖分线与工作面边界线重合为原则剖分；垂向上共剖分成9层，模型最终剖分成 263×253×9个单元体，每层平面上共剖分成67045个单元格，单元格总计603405格。 2.4分析预测结果 对于一些水文地质条件相对比较简单的矿区，可以采用大井法对矿井的涌水量进行预测，通过此种方法对用水量进行计算是比较合理的。但是因为大井法在地下水动力学当中属于一种比较理想的模型，其有关的计算公式大多用于各向同性含水层，或者是均质上，应用范围相对来说具有一定的局限性。而对于各向异性、不完全均质的裂隙含水带，在进行计算时也把其视为均质层，进而获取到一些渗透系数等。除此之外，因为在实际抽水的过程当中，含水层厚度、水头还有井中动水位会发生一定的变化，这就会对所选用的这些常量数据的计
按照初定方案，本工程除埋深较深段使用拖拉管施工外，剩余大部分需使用井点降水大开挖施工。按照设计及规范初步设计沟槽底宽1.5m，沟槽深按照最大挖深设计取4m，开挖沟槽边坡按照1：1，基坑横剖面图如附图。经地质勘探，天然地面属耕植土，其下为粉质粘土（<=-4m），淤泥质粉质粘土(<=-7.14m)、淤泥质粉质粘土夹粉砂，底部为泥岩,基本都属于透水层。地下水位标高为-0.5m采用轻型井点降水施工。 1井点布设 根据工程地质及施工状况，轻型井点采用沟槽两侧单排布设，为是总管接近地下水位，井点管布设于已挖好的路床底。总管距沟槽开挖线边缘1m，总管长度 L=50×2=100(m) 水位降低值 S=4 (m) 采用一级轻型井点，井点管的埋设深度（总管平台面至井点管下口，不包括滤管） H2>=H1 +h+IL=4.0+0.5+0.1×5.75=5.1(m) 采用6m长的井点管，直径50mm，滤管长1m。井点管外露地面0.2m，埋入土中5.8m（不包括滤管）大于5.2m，符合埋深要求。按无压非完整井环形井点系统计算。 2)．基坑涌水量计算 按无压非完整井环形点系统涌水量计算公式（式1—23）进行计算 Q= 先求出H、K、R、x0值。 H：有效带深度 H=1.85(S,+L) s’=6-0.2-1.0=4.8m求得H： H=1.85（s,+L）=1.85（4.8+1.0）=10.73（m） 由于H0 管井设计涌水量计算内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 乐享 管井设计涌水量计算 经营教育 乐享 2012-12-1 水文地质参数索引 a ：含水层厚度，单位米（m）； D g ：过滤管外径（m）； h ：井中的水深，单位米（m）； H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）； K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大小、形状、排列）；单位米/天（m/d）； L ：过滤管有效进水长度（m），宜按过滤管长度的85%计算； N ：过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算； q n ：单位出水量（m3/（d.m））； Q g ：过滤管的进水能力（m3/s）； Q ：管井出水量，单位m3/d； Q 1、Q 2 ：抽水井稳定流出水量，单位m3/d； Q n ：单井实测最大出水量，单位m3/d； 主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。 r 1、r 2 ：抽水井至观测孔距离，单位米（m）； r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）； R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）； S 1、S 2 ：观测孔内水位降深，单位米（m）； S 1‘、S 2 ’‘：观测孔内水位降深，单位米（m）； S ：水位降深，单位米（m）； S n ：相应Q n 时的最大水位降深，单位米（m）； T ：导水系数，T=KM，单位m2/d； V g ：允许过滤管进水流速，单位m/s，不得大于0.03m/s； V j ：允许井壁进水流速，单位m/s； 目录 大井法和比拟法在矿井涌水量预测中的应用 摘要：矿井涌水量是确定矿床水文地质条件复杂程度的一个重要指标，还是矿山设计部门确定排水设备和制定防水措施的主要依据。因此，在矿井建设以及生产过程中，能够较为准确地预报矿井涌水量是非常重要的，它直接关系到煤矿的安全生产。文章选用大井法和地质水文比拟法对泉上煤矿三水平联合开采16、17两层煤时的矿井涌水量进行预测，以保证煤矿的安全生产。 关键词：大井法；水文地质比拟法；涌水量预测 引言 矿井涌水量指的是矿山建设以及生产过程中，单位时间内流入矿井（包括各种巷道和开采系统）的水量，它是评价矿井水文地质条件复杂程度重要的指标，因此，正确预测矿井的涌水量对于指导矿井排水设施建设以及保障煤矿的安 全生产具有重要的意义[1，2]。 预测矿井涌水量的方法多种多样，包括确定性分析方法中的解析法、数值法、模拟法、水均衡法；非确定性分析方法中的水文地质比拟法、相关分析法、模糊数学模型、灰色系统法、时间序列分析法和BP神经网络法等[3]。文章选用大井法（解析法）和水文地质比拟法对泉上煤矿16、17煤 开采时的矿井涌水量进行预测。 1 井田水文地质条件分析 1.1 矿井水文地质概况 文章所研究的泉上井田位于滕县煤田南部，含煤地层为上石炭统太原组，共含煤18层，其中可采及局部可采煤层共4层，即煤3下、煤12下、煤16、煤17。泉上煤矿目前主采煤层为12下、16、17煤层。 主要含水层有第四系上含水砂层段、下含水砂层段，上侏罗统砂砾岩层段，3下煤层顶板砂岩，石炭系太原组第三、五、八、十下层石灰岩，本溪组第十二、十四层石灰岩，中奥陶统石灰岩。 1.2 矿井充水因素分析 1.2.1 开采16煤层时的充水因素 泉上煤矿16煤层上距12下煤层54.08m，实测“两带”高度为13.80m，正常条件区域下，16煤层的开采不会受到12下煤层采空区积水影响；17层煤上距16层煤平均13.90m，开采后的“两带”高度理论计算为14.8m，回采时会受16 层煤采空区积水影响，开采时必须提前疏放16煤层老空水。 1.2.2 开采17煤层时的充水因素 泉上煤矿17煤层上距16煤层平均13.90m，开采后的“两带”高度理论计算为14.8m，回采时会受16层煤采空区积水影响，在16层煤采空积水区下，开采17层煤工作面前，必 水均衡法 （一）应用条件 水均衡法适用于地下水运动为非渗流型且水均衡条件简单的充水矿床，如： 1. 位于分水岭地段地下水位以上的矿床 其主要特征为：地下水位一般停留在下伏弱含水层的顶端，故水层薄，水位埋藏深，变幅大、升降迅速，具有巨大的透水能力却无蓄水能力。抽水试验困难，也无效果。地下水动态与降雨直接相关。依照降雨方式的不同，形成各种尖峰状动态曲线形态，矿坑涌水量也常不随降深的增加而加大，故水位降深在一定程度上失去意义。补给区主要在矿区范围及其附近，补给路径短，以垂向补给为主。矿区地下水与区域地下水不发生水力联系，即无侧向补给。 （二）暗河管道充水矿床 （1）含水介质为孤立的暗河管道系统，通常各管道系统自成补给、径流、排泄系统，互相不发生直接水力联系，有些地区的管流与分散虽有一些联系，但管流是当地地下水排泄量的60%~80%以上。 （2）含水层极不均一，无统一地下水水位，因此不形成统一的含水层（体）。 （3）管流发育地区，地表溶蚀洼地、漏斗、落水洞发育、三水转化强烈，地面难以形成长年性表流；地下水动态受降水控制，暴涨暴落；其流量与降水补给面积成正比，变化大，具集中排泄特点。 很明显，上述特征无法用抽水试验求参，难以根据地下水动力学原理进行矿坑涌水量预测，同时，岩溶通道形状多变，管道组合复杂，也不适应管渠水力学的应用条件。因此，多数上述充水矿床常采用非确定性随机模型和水均衡法解决实际问题。 （三）原理 非渗流型确定性模型－水均衡方程，是根据水均衡原理，在查明矿床开采时水均衡各收入、支出项之间关系基础上建立预测方程的。建立非渗流型确定性模型，要求勘探方法与之相适应，而加强均衡研究则是保证模型可靠性，提高参数精度的必要环节。 地下水均衡研究的首要工作是建立地下水与降雨量的长期观测站，形成包括由钻孔、矿区生产井巷、采空区、老窿、有代表性的泉与地下暗河、有意义的地表汇水区等组成的长期观测网。为正确地圏定均衡区域，选择均衡期提供依据，为模型提供可靠的方程参数。 运用水均衡法的关键是，正确圈定均衡区域、选择均衡期，以及测定均衡要素。但是，在解决上述问题时会遇到一个困难，就是建立在天然条件下的水均衡关系，在矿床开采过程中常遭受强烈的破坏。如强烈的降压疏干，使地下水运动的速度和水力坡度增大或因开采造成漏斗范围内巨大岩体的变形塌坍或导致大量人工裂隙的产生，大促使地表水渗入作用的加强。此外，在长期疏干的影响下，随着漏斗的不断扩展，也常导致地下水分水岭的位移，其结果不仅补给范围扩大了，甚至形成新的补给源渗入。上述种种现象，常不易通过勘探阶段对天然水均衡的研究而获得解决。但是，它也提醒我们，水均衡关系式的建立及其水均衡要素的测定，如能充分考虑开采条件的影响，也必然会大大提高涌水量预测的精度。 （四）矿坑涌水量预测特点 管井降水计算书 一、水文地质资料 二、计算依据及参考资料 该计算书计算主要依据为国家行业标准《建筑基坑支护技术规范》(JGJ 120-99)，同时参阅了《建筑施工手册》(第四版)和姚天强等编写的《基坑降水手册》。 三、计算过程 1、基坑总涌水量计算： 根据基坑边界条件选用以下公式计算： 基坑降水示意图 Q=(2H-S)*S/(lgR-lgr0) Q为基坑涌水量； k为渗透系数(m/d)：取综合渗透系数10m/d H为含水层厚度(m)：主要为细砂层以上取 R为降水井影响半径(m)：根据施工经验取15m r 0为基坑范围的引用半径(m)：r =（r1+r2r+r3+r4+…+rn）1/n 降水干扰井 群分别至基坑中心点的距离； S为基坑水位降深(m)： D为基坑开挖深度(m)：取 d 为地下静水位埋深(m)：取 w sw为基坑中心处水位与基坑设计开挖面的距离(m)：取 通过以上计算可得基坑总涌水量为2672m3。 2、降水井深度确定： 降水井深度按下式： H W =H1+ H2 + H3 + H4 + H5 + H6 H W—降水井深度（m）； H1—基坑深度（m）；（取） H2—降水水位距离基坑底要求的深度（m）；（取） H3—iy0；i为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/10—1/15，y0为降水井分布范围内基坑等效半径；（计算得,取） H1—降水期间水位变幅（m）；（取） H2—降水井过滤器工作长度（m）；（取） H W—沉砂管工作长度（m）；（取） 根据上式计算得:降水井深度为 3、降水井数量确定： 单井出水量计算： q = (l′d)/a*24 降水井数量计算： q为单井允许最大进水量(m3/d)； d为过滤器外径(mm):取400mm l′为过滤器进水部分长度(m)（过滤器进水部分有效长度取）； a为与含水层渗透系数有关的经验系数（根据渗透系数5—15m/d，含水层厚度≤20m，取100） 数值法预测矿井涌水量技术规范 本标准根据中华人民共和国煤炭工业部《矿井水文地质规程》（1 984年版）和《G B12719—1991矿区水文地质工程地质勘探规范》以及《供水水文地质勘测规程》、《矿区水文地质工程地质勘探规范》、《煤矿防治水工作条例》等国家标准、行业标准中的有关规定，在总结近20年来应用数值法进行矿井涌水量预测实际工作经验的基础上，制订的本煤炭行业标准，在技术内容与上述引用标准等效。 本标准由国家煤炭工业局行业管理司提出。 本标准由煤炭工业煤矿安全标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：煤炭科学研究总院西安分院。 本标准主要起草人：戴振学、郝旗胜、刘志中。 本标准委托煤炭科学研究总院西安分院负责解释。 数值法预测矿井涌水量技术规范 1范围 本标准适用于应用数值法进行矿井涌水量预测工作，是确定计算方案、检验计算精度、编写预测报告、制定相应的规划和设计的依据。 2一般要求 2.1本方法可用于矿井正常涌水量、矿井最大涌水量、各开采水平的涌水量、井筒和开拓坑道的涌水量及疏干工程或专门排水装置的 涌水量的预测。 2.2计算工作前或计算过程中，掌握以下资料： ——矿区所处水文地质单元的区域水文地质图及报告； ——1:5000～1:2.5万矿区水文地质图及相应的文字报告； ——1:5000矿井可行性方案开采图； ——含水层顶、底板埋深及等厚线图； ——含水层等水位线图； ——煤层底板等高线图； ——受水威胁煤层顶、底板等水压线图； ——地下水水化学图； ——水文地质剖面图； ——钻孔及群孔抽（放）水试验数据； ——地下水长期动态观测数据； ——历年气象、水文资料。 2.3计算工作结束时提交的文件及附件： 工作报告：包括对所采用的数据、建立的模型、选用的参数、计算过程及结果的详细分析与说明； 图件：包括概念模型的示意图、水文地质参数分区图、计算区剖分图、水位拟合曲线图、计算机程序流程图、初始流场图、预测曲线和流场图、涌水量动态曲线； 附件：参数识别和正演预报时所采用的计算程序及相对应的数据文件、计算结果、水位拟合及误差分布情况，最终预测的各时段、各 地下水控制方案及计算方法 基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土施工的要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。 6-2-8-1 地下水控制方法选择 在软土地区基坑开挖深度超过3m，一般就要用井点降水。开挖深度浅时，亦可边开挖边用排水沟和集水井进行集水明排。地下水控制方法有多种，其适用条件大致如表6-123所示，选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构种类等综合考虑后优选。当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。 地下水控制方法适用条件表6-123 当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施，保证坑底土层稳定。否则一旦发生突涌，将给施工带来极大麻烦。 6-2-8-2 基坑涌水量计算 根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。这几种井的涌水量计算公式不同。 完整井(fully penetrating well)：贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。揭穿整个含水层，并在整个含水层厚度上都进水的井。 非完整井(partially penetrating well)：未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。未完全揭穿整个含水层，或揭穿整个含水层，但只有部分含水层厚度上进水的井。 潜水井(well in a phreatic aquifer)：揭露潜水含水层的水井。又称无压井。 承压水井(well in a confined aquifer)：揭露承压含水层的水井。又称有压井。当水头高出地面自流时又称为自流井（artesian well,flowing well ）；当地下水埋深很大时，可出现承压-无压井。 1．均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算 根据基坑是否邻近水源，分别计算如下： （1）基坑远离地面水源时（图6-168a ） ) 1lg()2(366.10 r R S S H K Q +-= （6-124） 式中 Q ——基坑涌水量； K ——土壤的渗透系数； H ——潜水含水层厚度； S ——基坑水位降深； R ——降水影响半径；宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑安全等级 为二、三级时，对潜水含水层按下式计算： kH S R 2= （6-125） 对承压含水层按下式计算： k S R 10= （6-126） k ——土的渗透系数； r 0——基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基坑 非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算： r 0＝0.29（a ＋b ） （6-127） 式中 a 、b ——分别为基坑的长、短边。 竖井涌水量计算的经验公式法 [导读]本文详细介绍了竖井涌水量计算的经验公式法。 若在竖井位置及其附近有三个或三个以上降深的稳定流抽水试验资料，可用本方法计算竖井涌水量。 一、计算步骤 （一）根据抽水试验资料，作涌水量（Q）与降深（S）的关系吗线，即Q=f（s）曲线； （二）根据抽水试验资料，用图解法、差分法或曲度法判断涌水量曲线方程类型，并找出相应的涌水量方程式； （三）根据相应的方程式计算与设计竖井水位降深相同时的钻孔涌水量Qi； （四）根据钻孔涌水量Qi换算成为竖井涌水量。 二、计算方法 （一）绘制Q=f（s）曲线 根据钻孔抽水试验资料，绘制Q=f（s）曲线。 （二）涌水量曲线方程类型的判断 1、图解法 根据已绘出的Q= f（s）曲线如为非直线型应进行单位水位降深、双对数或单对数变换。根据Q= f（s）或经过变换后的直线图形形式即可判定涌水量曲线方程类型。 若Q= f（s），在Q，s直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为直线型，见表1-2中图（1），即Q=qs； 若S0= f（Q）在S0，Q直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为抛物线型，见表1-2中图（2）及图（3）；即S=aQ+bQ2，亦即S0=a+bQ； 若lgQ=f（lgS）在lgQ，lgS直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为指数型，见表1-2中图（4）及图（5），即Q= ,亦即； 若Q=f（lgS）在Q，lgS直角座标中是直线关系，则涌水量曲线方程为对数型，见表1-2中图（6）及图（7），即Q=a+blgS。 2、差分法 一般凡属直线方程或直线化的抛物线方程S0=a+bQ 、指数方程、对数方程Q=a+blgS的一阶差分虽为常数，但不相等。在这种情况下，可根据曲线拟台差的大小来判断接近那种涌水量方程。选取拟合误差最小的曲线相对应的涌水量方程式，作为竖井涌水量计算的方程式。 表1 Q=r（s）曲线方程式及其适用条件（一） 1 范围 本标准适用于应用数值法进行矿井涌水量预测工作，是确定计算方案、检验计算精度、编写预测报告、制定相应的规划和设计的依据。 2 一般要求 2.1 本方法可用于矿井正常涌水量、矿井最大涌水量、各开采水平的涌水量、井筒和开拓坑道的涌水量及疏干工程或专门排水装置的涌水量的预测。 2.2计算工作前或计算过程中，掌握以下资料： ——矿区所处水文地质单元的区域水文地质图及报告； ——1:5000～1:2.5万矿区水文地质图及相应的文字报告； ——1:5000矿井可行性方案开采图； ——含水层顶、底板埋深及等厚线图； ——含水层等水位线图； ——煤层底板等高线图； ——受水威胁煤层顶、底板等水压线图； ——地下水水化学图； ——水文地质剖面图； ——钻孔及群孔抽（放）水试验数据； ——地下水长期动态观测数据； ——历年气象、水文资料。 2.3 计算工作结束时提交的文件及附件： 工作报告：包括对所采用的数据、建立的模型、选用的参数、计算过程及结果的详细分析与说明； 图件：包括概念模型的示意图、水文地质参数分区图、计算区剖分图、水位拟合曲线图、计算机程序流程图、初始流场图、预测曲线和流场图、涌水量动态曲线； 附件：参数识别和正演预报时所采用的计算程序及相对应的数据文件、计算 结果、水位拟合及误差分布情况，最终预测的各时段、各节点的水位值。 3 矿井涌水量数值法预测 3.1 概念模型 概念模型是连接地下水实体系统与数值模型的桥梁。概念模型应包括对地下水流系统内部结构、边界条件、地下水运动状态及输入、输出条件的概化。模型概化得合理与否直接影响计算的程度。 3.2 数学模型 3.2.1数学模型是由概念模型来确定的，按含水层的埋藏条件分为潜水流或承压水流模型，根据地下水运动的时空变化特征又可分为：稳定流或非稳定流，平面二维流或剖面二维流、拟三维流或三维流模型。模型中的每个变量都必须给定相应的物理意义和量纲。 3.2.2模型的边界条件按性质分为三类： 第一类：水位边界（Dirichlet型）。选取水位边界应注意以下几点： a）水位边界的位置应尽可能地远离计算区内的源（汇）项，绝对不允许置抽（注）水井于水位边界上； b）水位边界处要有观测点控制，以确定边界水位值； c）在模型域中至少应有一个水位边界节点，这对保证数值模型和其逆问题解的唯一性是必要的。 第二类：流量边界（Neumann型）。选取二类边界应以隔水边界和弱透水边界为主，尽量不用A.32划成的大流量边界。在数值模型中处理大流量边界，容易造成边界附近的水位异常和整个预测结果的较大误差。因此，应尽量选取确定性较好的自然边界作为计算边界。 第三类：（Combined Boundary Condition型）。由于边界中的两个参数较难准确估值，在实际应用中应慎重。 3.2.3常用的数值方法有：有限单元法、有限差分法、边界元法、有限分析法等。根据实际条件选定算法后，必须简要说明该算法的计算过程和计算程序设计步骤以及计算程序框图。 3.2.4对计算区的剖分（离散化）可根据不同的数值方法来选用线元、面元（三角形或四边形单元）和体积单元。在靠近抽（放）水井处水力坡度较大，剖分要加密一些，在水力坡度较少处或水文地质数据较少处可以剖分得疏一些。剖分的三角形单元一般不能出现钝角和角度很小的锐角，特别是在拟三维模 集水面积 集水面积是指流域分水线所包围的面积。集水面积大都先从地形图上定出分水线用求积仪或其它方法量算求得，计算单位为平方公里。如长江集水面积180万 分水线图 平方公里，黄河集水面积约75万平方公里。 地面分水线 地下分水线 计算：复核: 引文一： 4.3隧道涌水量预测 隧道区以根据地质调查结果分析，目前隧道涌水量暂按降水入渗法和地下径流模数法进行预测计算。等深孔水文地质试验参数出来后再按地下水动力法核算。 (1)大气降水入渗法 采用公式：Q=2.74 a W A(m'/d) 采用公式：Q=2.74 a W A(m3/d) a:降水入渗系数。全隧道地表为可溶岩，裂隙发育、岩溶化程度高。DK63+165至DK64+600段洞身大部处于石英砂页岩、炭质页岩夹煤系下，考虑到断层构造影响严 重，降水入渗系数a取值0.25 ；DK64+600至DK67+651隧道处岩溶强烈发育的可溶岩中，降水入渗系数a取值0.5。W:年平均降水量，本测区取1448mm A:集水面积。 DK63+165 ?DK64+600 段：计算集水面积2.79km2; DK64+600?DK67+651 段；计算集水面积7.32 km2; 涌水量分别计算如下： Q=2.74 汉0.25江1448^.79 =2767(m'/d)?2800 (m3/d) Q=2.74 0.5 1448 7.32 =14521(m'/d)?14500 (m3/d) 两项合计Q 平常=2800+14500=17300(m7d) 考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，影响入渗系数的因素可能要大，DK64+600?DK67+651段雨季涌水量期倍增系数按3考虑，DK63+165?DK64+600段按系数2 考虑； 隧道雨季涌水量Q洪=2800X2+14500X3 =5600+4350009100 (m3/d) ( 2)地下径流模数法 Q=86.4X M X A M—地下径流模数(m/d ? Km) A—为隧道通过含水体的地下集水面积( Km2) 测区集水面积A=10.11 (Knn)(大致估算)，地下水径流模数M枯=10.3( 升/秒?平方公里)(依据都匀幅《区域水文地质普查报告》)则: Q 枯= M 枯X A =86.4 X10.3X 10.11 =9000 ( m3/d ) 考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，其雨季涌水量期倍增系数按 3 考虑 隧道雨季涌水量Q洪=9000X3 3 =27000( m3/d) 1.基坑：Q=1.366K（2H-S)S/lg(1+R/r0） Q：基坑涌水量m3/d； K：渗透系数取K=20m/d； S：设计降水深度S=17.00m-4.5m=12.5m； H：含水层高即静止水位至基岩面距离取H=30m； 20 =612.37m； R：影响半径R=2S KH=2×12.5×30 r0：基坑等效半径矩形基坑r0=0.29(a+b）； a：基坑长度a=224m； b：基坑宽度b=105.00m； r0=0.29×（224+105）=95.41m； Q=1.366×20×（2×30-12.5）×12.5/lg（1+612.37/95.41）=16221.25/0.87=18645.11m3/d； 2.单井出水量计算：q=120πr s l3K； rs：过滤半径，本工程管径采用0.3m、rs=0.15； l：过滤器进水部分长度（m）即R/100长度取整为6.0m； q：120×3.14×0.15×6×330=1053.72m3/d； 3.降水井的数量n=1.1×Q/q Q：基坑总涌水量； q：单井出水量，由于水泵出水量高于管井理论出水量以现场理论出数量为准计算q=1053.72m3/d； n=1.1×18645.11/1053.72=17.7 即n取20＞17.7时满足降水井数量要求； 4.降水井的深度： Hw=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5 其中：Hw1表示基坑深度取13m； Hw2表示降水位距离基坑底的深度取1.0m； Hw3表示降水期间地下水位变幅取2.5m； Hw4表示滤管长度取6.0m； Hw5表示沉砂管长度取2.5m； Hw=25m； 降水深度验算： 由于降水井是漏斗式降落相邻降水井间距30m，挖孔桩深度为17m，基坑最大跨度224.0m 对基坑中心点验算； 据上算影响半径612.37m； 降水深度为-17---4.5m实降12.5m； 水位最高为X=15m； Y=15×12.5/612.37=0.3m； 降水时降水井间最大水位17-0.3=16.7m； 要求降水深度≧16m，两井间基础护壁桩深度满足要求水位最高处离降水井112m； Y=112*12.5/612.37=2.28； 降水时中心点水位最高处为17-2.28=14.72m；要求降水深度≧13m，中心点水位满足要求； 一、潜水计算公式 1、公式1 Q k H S S R r r =-+-1366200.()lg()lg() 式中： Q 为基坑涌水量(m 3/d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)。 2、公式2 Q k H S S b r =--1366220.()lg()lg() 式中： Q 为基坑涌水量(m 3/d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； b 为基坑中心距岸边的距离(m)； r 0为基坑半径(m)。 3、公式3 Q k H S S b r b b b =--????????1366222012.()lg cos ()ππ 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； b 1为基坑中心距A 河岸边的距离(m)； b 2为基坑中心距B 河岸边的距离(m)； b '=b 1+b 2； r 0为基坑半径(m)。 4、公式4 Q k H S S R r r b r =-+-+1366220200.()lg()lg ('') 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； S 为水位降深(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)； b ''为基坑中心至隔水边界的距离。 5、公式5 Q k h h R r r h l l h r =-++--+--136610222 000.lg lg(.) h H h -=+2 式中： Q 为基坑涌水量(m 3 /d)； k 为渗透系数(m/d)； H 为潜水含水层厚度(m)； R 为引用影响半径(m)； r 0为基坑半径(m)； l 为过滤器有效工作长度(m)； h 为基坑动水位至含水层底板深度(m)； h - 为潜水层厚与动水位以下的含水层厚度的平均值(m)。 第三节、隧道洞室涌水量预测 一、水文地质参数计算 为取得计算洞室涌水量的水文地质参数，进行钻孔提（抽）水试验，利用提水试验和抽水试验结果，采用地下水动力学方法及相关计算公式，大部分按潜水非完整井计算出提水的渗透系数K 抽水，另外根据提水后的恢复水位与时间的关系，即s~t 关系计算出恢复的渗透系数K 恢复 ，并参照当地岩性的渗透系数K ， 将该三种方法求得的渗透系数K 值并结合钻探过程中冲洗液的消耗量，岩体的破碎性、岩性的矿物组成及充填胶结情况，给定一个建议的渗透系数K 值。求得水文地质参数， 其提水时K 值计算公式如下： K= 2 2) lg (lg 733.0h H r R Q --ω 其中：K ——渗透系数（m/d ）。 Q ——出水量（m 3/d ）。 R ——影响半径（此值根据《工程地质手册》第二版表9-3-12查得） r ω——钻孔半径（m ）。 H ——自然情况下潜水含水层的厚度（m ）。 h ——抽水稳定时含水层的厚度（m ）。 恢复水位计算渗透系数K 值公式如下： ()2 12 ln 25.3S S t r H r K ωω+= （完整井） 其中：K ——渗透系数（m/d ）。 r ω——钻孔半径（m ）。 H ——自然情况下潜水含水层的厚度（m ）。 S 1——抽水稳定时的水位降深（m ）。 S 2——地下水恢复时间t 后水位距离静止水位的深度（m ）。 t ——水位从S 1恢复到S 2的时间（d ）。 具体计算过程及计算结果见附表5：钻孔提（抽）水试验渗透系数（恢复水位）计算成果表。 二、洞室涌水量的估算方法 （一）、洞室涌水量的补给来源 为了更准确预测隧道洞室涌水量，通过野外水文地质调绘，并分析洞室地下水的补给来源，含水岩性的空间分布、富水性，结合钻孔对地下深处地质情况的揭露，参考物探测井成果，我们认为隧道洞室涌水量的补给来源由以下几部分组成： a ．洞室影响范围内汇集的大气降水渗漏补给量； b ．洞室附近地下水的补给量（包含隧道上行线、下行线间含水层的静储量及洞室两侧地下水的侧向补给量）； c ．地表水流过洞室上方时的渗入补给量； d ．地表水通过节理裂隙、断层破碎带给洞室的侧向补给量； e ．断层破碎带导入洞室的地下水量。 （二）、洞室涌水量的估算方法 根据以上对洞室涌水量补给来源的分析，结合隧址区工程地质、水文地质条件及隧址区气候、大气降雨等特征，本次计算我们按隧道开挖正常涌水量及特大暴雨、地表水沿断层或溶洞导入洞室等极端特殊情况下极端涌水量两种情况考虑。 1、正常涌水量 正常涌水量的计算我们选择以下的计算方法： （1）大气降水入渗法：管井设计涌水量计算
大井法和比拟法在矿井涌水量预测中的应用
矿坑涌水量的预测方法(水均匀法)
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