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岩溶充水矿床矿井涌水量的计算

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收稿日期:2007-08-30
作者简介:吕广罗(1963-),男,陕西礼泉人,1984年毕业于常州煤田地质学校,1995年毕业于中国矿业大学,高级工程师,注册监理工程师,从事矿产地质与水文地质工程地质工作。

岩溶充水矿床矿井涌水量的计算
吕广罗,王　鹏,苗锋利,刘瑞安
(陕西省煤田地质局一八六队,陕西西安　710054)
摘　要:在分析矿区水文地质背景的基础上,根据区内地下水流场的非稳定特征,以群孔抽水试验
资料为依据,运用多元线性回归分析方法,确定出矿井涌水量方程,并对矿井疏干排水量进行了计算和评价,为水文地质条件复杂的岩溶充水矿区矿井涌水量计算,提供了有效途径。

关键词:相关分析法;矿井涌水量;岩溶充水矿床中图分类号:P641141 文献标识码:B 文章编号:1671-749X (2008)02-0062-02
0　引言
在水文地质条件复杂的大水矿区,运用相关分析方法,能从大量的水文地质观测数据中,寻找出水量与众多的影响因素之间的关系,建立起简单易行的水量计算公式进行矿井涌水量预测;从而克服了数值法对边界条件要求严且计算繁杂,以及解析法对含水层理想概化等不足。

本文以韩城矿区南部奥陶系碳酸盐岩裂隙～岩溶充水含水层群孔抽水试验测试资料为基础,运用多元线性回归分析方法,进行了矿井疏水量的预测,并对其结果进行评价。

1　水文地质背景
计算区所处的渭北岩溶水韩城水文地质单元南
部,地势西北高而东南低,　水河蜿蜒于其中部,平
均流量0.856m 3
/s,流经奥陶系灰岩段流程900m ,漏失现象明显。

区内多年平均降水量为568.92mm ,并集中于7～9月。

奥陶系灰岩出露于沟谷地带,其中裂隙岩溶发育,含水丰富,为矿井的主要充水含水层。

奥灰岩水文地质条件复杂,奥灰水主要由边部露头地段降水入渗和河流渗漏补给,未见天然排泄点。

人工开采形成了以供水井群为中心的降压漏斗,全区奥灰水的运动处于非稳定状态。

形成如图1所示的地下水流场。

图1　计算区奥灰水流场略图
2　计算公式及数学模型
2.1　计算公式
区内201群孔抽水试验S =f (t )曲线表明,水位降速随时间递减,且水位恢复缓慢,剩余降深值并不归零,说明抽水属非稳定过程。

可以泰斯公式来表述Q 与S 、t 、r 三者之间的关系。

经整理得涌水量计算方程式
lg Q =b 0+b 1lg S +b 2lglg r 2
+b 3lglg t (1)式中　Q ———涌水量,m 3
/h;
r ———观测孔与主抽水孔距离,m;S ———水位降深,m;t ———时间,h;
b 0、b 1、b 2、b 3均为待定系数,可根据群孔抽水试
验资料,运用多元线性回归分析数学模型计算求得。

2.2　数学模型
前述(1)式,可概括成数学计算模型
Y =b 0+b 1x 1+b 2x 2+……+b i x i
(3)
i =1,2,3,……,n
(2)式中x 1,x 2,x 3,……x n 为影响涌水量的因素(自变量),b 0,b 1,b 2,……b n 为待定系数。

26吕广罗　王　鹏　苗锋利等　岩溶充水矿床矿井涌水量的计算 2008年
设观测数据有m 组,将其代入(2)式可得m 个y 的计算值^y i ,以^y i 与相应的其它抽水试验观测值求残差。

按最小二乘法原则,使残差平方和(δ)最小,以确定b 0,b 1,b 2......,b n 。

即:δ=∑m
i =1
(Y i -^y i )2
=∑m
i =1
[Y i -(b 0+b 1x 1+b 2x 2
+…+b n x n )]
2
对给定的m 组观测数据,δ是待定系数b 0,b 1,
b 2……,b n 的二次函数,非负,最小值存在。

由极值
原理,选取b 0,b 1……,b n 使δ和最小的条件是:
5
δ5b j
=0　(j =0,1,2,3…n )由5δ5b 0
=0可求得b 0= Y -∑n
j =1b j
X (3)系数b 1,b 2,……b n 可由方程组(4)中解出
L 1b 1+L 12b 2+…+L 1n b n =L 1y L 21b 1+L 22b 2+…+L 2n b n =L 2y
(4)
……
L n 1b 1+L n 2b 2+…+L nn b n =L ny
式(3),(4)中
Y =1
m
∑m
K =1
Y k X J =
1
m ∑m
K =1
X jk
L ij =∑m
K =1(X ik - X i )(X jk - X j )
L ny =∑m
K =1
(X ik - X i )(Y k - Y )
(i,j =1,2,3…m )
为验证所求回归系数及回归方程可信度,进行方差分析和回归计算。

偏差平方和δ=∑m
i =1(Y - Y i )
2
回归平方和U =∑m i =1(Y i - Y )2
剩余标准差s =δ
m -n -1
相关系数R =
u
S yy
S yy =δ+U 并利用F 值对整个回归进行显著性检验
F =
U /n
δ/(m -n -1)
3　计算方法及结果
首先对区内抽水试验资料进行整理分析,筛选出先期开采地段抽4,S19,S37等代表性观测孔水位降深(S ),与主抽孔距离(r )等有关资料如表1所示。

按照数学模型(4),用计算机解线方程组,进行
方差分析和反回归计算,其结果见表2。

表1　抽水试验资料统计表
孔号距离
r /m
第一次降深
S 1/m
第二次降深
S 2/m
第三次降深
S 3/m
抽4
449.200.666 1.082 1.806S 19872.690.6170.885 1.399S 37
1552.04
0.409
0.667
1.144
表2　回归分析法计算综合成果表
水量计算方程lg Q =21713+01357lg S +019061lg r 2
+21178lglg t
方差分析
U =0.1010δ=0.0058F =29.1888S =0.0339R =0.9726
+293水平矿井疏
干水量/m 3・h -1
764.994
(疏干时间0.5/a )643.451
(疏干时间1.0/a )586.885
(疏干时间1.5/a )
4　计算结果评价
将多元线性回归分析法计算的结果与解析法和数值法计算的结果进行对比,统计见表3。

表3　矿井疏干水量计算结果对比表
计算方法
数值法
解析法
回归分析法
疏干水平/m +293+293+293疏干时间/a 0.50.50.5疏干水量/m 3
・h
-1
699.17
847.04
764.994
由表3可知,用多元回归分析法计算的疏干水
量介于数值法和解析法计算结果之间,并与数值法计算结果比较接近,说明用回归分析法在类似韩城等水文地质条件复杂的大水岩溶充水矿区,进行矿坑疏水量预算是一种行之有效的方法。

参考文献:
[1]　蔡德嵩,黄歧山,张金昱,吕广罗,等.陕西省韩城
市韩城矿区南部奥陶系灰岩专门水文地质勘探报告[R ].韩城:陕西省一三一煤田地质勘探队.
1990.
[2]　中国科学院地质研究所著.数学地质引论[M ].
北京:地质出版社,1977.
[3]　薛禹群,等.地下水动力学[M ].北京:地质出版
社,1981.
[4]　曹剑峰,迟宝明,王文科,主编.专门水文地质学
[M ].北京:科学出版社,2006.
[5]　葛亮涛,叶贵钧,高洪烈.中国煤田水文地质学
[M ].北京:煤炭工业出版社,2001.
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第2期 吕广罗　王　鹏　苗锋利等　岩溶充水矿床矿井涌水量的计算。

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涌水量计算

涌水量计算

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=22)lg (lg 733.0hH 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：()212ln 25.3S St 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。

矿井(坑)涌水量计算

矿井(坑)涌水量计算

当生产矿井（坑）涌水量与两个影响因素存在直线关系时，采用公式D.6预算新井矿井（坑）涌水量。
(D.6)
式中：
——新矿井（坑）预计涌水量，单位为立方米每年（m3/a）；
、 ——影响矿井（坑）涌水量的二个因素变量；
、 ——对 、 的回归系数，在多元回归中， 对某一自变量的回归系数表示当其它自变量都固定时，该自变量变化一个单位时 平均改变的数值；
——生产矿井年产煤量，单位为吨每年（t/a）
矿井单位涌水量比拟法
当矿井（坑）涌水量增长幅度与开采面积、水位降低呈直线比例的情况下：
(D.3)
式中：
——生产矿井（坑）单位涌水量，单位为立方米每吨平方米（m3/tm2）；
——生产矿井（坑）总涌水量，单位为立方米每 年（m3/a）；
——生产矿井开采面积，单位为平方米（m2）；
矿井充水含水层的收入项一般由下面几部分组成：
——大气降水渗入补给含水层的水量，单位为立方米每天（m3/d）；
——从其它地区同一含水层中流入矿区含水层的水量，单位为立方米每天（m3/d）；
——从矿区内其它含水层流入充水含水层的水量，单位为立方米每天（m3/d）；
——水位降深，单位为米m）；
——影响半径，单位为米（m）；
——承压水含水层厚度，单位为米（m）；
——动水位至底板隔水层水柱高度，单位为米（m）；
A.4
水均衡法是在查明矿床开采条件的情况下，利用直接充水含水层的补给水量和支出水量之间的关系，根据水均衡原理，获得开采地段涌水量的方法。
在直接充水含水层的补给条件和补给量易于查清的情况下，均衡法往往可以获得满意的计算结果。
、 、 用最小二乘法确定。 用公式D.7确定。
(D.7)
式中：
矿坑涌水量的预测方法-(解析法)

矿坑涌水量的预测方法-(解析法)

解析法（一）解析法的应用条件解析法是根据解析解的建模要求,通过对实际问题的合理概化，构造理想化模式的解析公式，用于矿坑涌水量预测。

具有对井巷类型适应能力强、快速、简便、经济等优点，是最常用的基本方法。

解析法预测矿坑涌水量时，以井流理论和用等效原则构造的“大井”为主，后者指将各种形态的井巷与坑道系统,以具有等效性的“大井”表示，称“大井”法.因此说:矿坑涌水量计算的最大特点是“大井法”与等效原则的应用，而供水则以干扰井的计算为主。

稳定井流解析法:应用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的流量预测。

包括①在已知某开采水平最大水位降条件下的矿坑总涌水量；②在给定某开采水平疏干排水能力的前提下，计算地下水位降深（或压力疏降）值。

非稳定解析法：用于矿床疏干过程中地下水位不断下降，疏干漏斗持续不断扩展，非稳定状态下的涌水量预测.包括:①已知开采水平水位降(s）、疏干时间（t)，求涌水量（Q);②已知Q、s，求疏干某水平或漏斗扩展到某处的时间(t）；③已知Q、t，求s，以确定漏斗发展的速度和漏斗范围内各点水头函数隨时间的变化规律，用于规划各项开采措施。

在勘探阶段，以选择疏干量和计算量最大涌水量为主。

（二）计算方法如上所述，应用解析法预测矿坑涌水量时，关键问题是如何在查清水文地质条件的前提下，将复杂的实际问题概化。

它可概括为如下三个重要方面：分析疏干流场的水力特征，合理概化边界条件，正确确定各项参数.1。

分析疏干流场的水力特征矿区的疏干流场是在天然背景条件下，迭加开采因素演变而成。

分析时，应以天然状态为基础，结合开采条件作出合理概化。

（1）区分稳定流与非稳定流矿山基建阶段，疏干流场的内外边界有受开拓井巷的扩展所控制，以消耗含水层储量为主,属非稳定流；进入回采阶段后,井巷输廊大体已定，疏干流场主要受外边界的补给条件控制，当存在定水头(侧向或越流)补给条件时，矿坑水量被侧向补给量或越流量所平衡，流场特征除受气候的季节变化影响外，呈现对稳定状态.基本符合稳定的“建模”条件，或可以认为两者具等效性；反之,均属非稳定流范畴。

矿井水文地质条件分析及涌水量估算

矿井水文地质条件分析及涌水量估算

矿井水文地质条件分析及涌水量估算摘要：随着人们生活水平的提高，对矿物资源需求量增加。

其中，预测金属矿井涌水量是一项比较复杂的工作。

在详细调查矿井水文地质条件后，根据矿井实际开采情况，预测金属矿井的正常涌水量和最大涌水量，为矿井防排水提供技术依据。

关键词：地质条件；水文地质；涌水量；充水引言矿井涌水量就是流入矿井巷道内的地表水、裂隙水、老窑水、岩溶水等的总量，它是金属矿开发的一个重要技术条件。

地质勘探工作区应查明水文地质条件和预计开采矿井的涌水量，以便在建井和生产时采取相应的流、排、堵、防等措施。

1矿区水文地质特征地处黄河水系榆溪河流域范围内，井田地下水水文地质单元四周边界均为人为划定边界，无隔水地层或隔水断层。

根据地下水赋存条件及水力特征，井田内自上而下可划分为五个含水岩层（组），两个隔水岩（组）。

根据导水裂隙带发育高度计算可知井田内开采3#金属层形成导水裂隙带均导通了其顶板直罗组底部“七里镇砂岩”及延安组第四段底部“真武洞砂岩”，故二者为该矿井直接充水水源；井田大部分地段第四系松散层孔隙含水层未在导水裂缝带范围内，为矿井间接充水含水层，南部地段与第四系松散层潜水沟通，使之转换成为矿井的直接充水水源。

充水通道有断层点、风化裂隙带等天然通道，也有开采后形成的导水裂缝带、封闭不良钻孔、小窑井巷等人为通道。

充水强度取决于充水含水层的富水性、空间分布特征，也是本论文研究重点内容。

2金属矿井水文地质条件2.1地表水系自西向东从金属矿井南缘流过，河流年平均径流深度43.8mm，年径流量4.994×106m3，径流系数0.09。

矿井最低点位于安峪河河床，高程1540m。

过去未进行过地表水文观测，此次在地形图计算得矿井以上汇水面积23km2。

此次依据年平均径流深度43.8mm计算得出，矿井所在区多年平均径流量1.01×10m3。

矿井最高点为矿区中部的一号山梁，是安峪河和矿井北部木瓜沟的地表水分水岭，矿井南、北两侧发育2条冲沟，雨季洪水沿沟谷汇集后向东流入安峪河。