矿井涌水量计算方法评述

矿井涌水量预测方法评述

发表时间：2019-05-09T10:20:24.733Z 来源：《新材料.新装饰》2018年9月下 作者： 马雷

[导读] 从确定和不确定性分析的角度，综述了工程实践中常用的矿井涌水量预测方法，评述了各评价方法的主要特点及适用性。在分析各常用预测方法存在问题和预测方法的最新研究进展基础上给出了对矿井涌水量预测方法的展望。

（中化地质矿山总局河北地质勘查院，河北省 石家庄市 050000）

摘要：从确定和不确定性分析的角度，综述了工程实践中常用的矿井涌水量预测方法，评述了各评价方法的主要特点及适用性。在分析各

常用预测方法存在问题和预测方法的最新研究进展基础上给出了对矿井涌水量预测方法的展望。

关键词：矿井涌水量预测；确定性预测方法；非确定性预测方法

1、引言

矿井涌水量大小不仅是对矿井建设进行技术经济评价、合理开发的重要指标，更是矿山生产设计部门制定采掘方案、确定矿井排水能力、制定疏干措施、防止重大水害和利用地下水资源的重要依据[1]。因此，正确预测矿井涌水量是矿井水文地质工作的重要任务。

2、矿井涌水量常用预测方法

目前矿井涌水量预测方法有多种，根据当前矿床水文地质计算中常用各种数学模型地质背景特征及对水文地质模型概化的要求，可将矿井涌水量预测方法进行分类，如图1所示[2]。

图1 矿井涌水量预测模型分类

2.1、确定性预测方法

确定性预测方法是利用水力学、地下水动力学等方面的理论，通过数学演绎，推导出矿井涌水量与环境地下水、围岩渗透性、地下水补给面、时间等因素的定量关系，得出一系列理论解析式，以预测计算矿井的涌水量，这类方法包括解析法、水均衡法、物理模拟法和数

值模拟法等。

2.1.1、解析法

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。该方法具有对巷道类型的适应能力强、简便、快速、经济等优点，是最长用的基本方法。该方法又分为稳定井流解析法和非稳定解析法。稳定井流解析法

世界有色金属 2019年 6月下

264矿井涌水量计算的方法分析与研究蔡晨光（河钢集团矿业公司，河北　唐山　０６３０００）摘 要：矿井工程施工主要对其防治水措施制定合理规划，防排水系统设计形成是直接影响工程实施的关键，也是相关企业关注重要内容之一。本文将以笔者所在矿场矿井为例，通过对矿井涌水情况的分析，对矿井涌水量计算方法展开分析。关键词：解析法；涌水量计算；冶金工业矿山；矿井中图分类号：ＴＤ７４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１２－０２６４－２AnaIysis and Research on the Method of CaIcuIating Mine Water InflowCAI Chen-guang（Ｈｅｇａｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，　Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３０００，　Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｍｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍａｉｎｌｙ　ｆｏｒｍｕｌａｔｅｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ　ａｎｄ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｏ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ，　ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ｂｙ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｗｉｌｌ　ｔａｋｅ　ｍｉｎｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ，　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Keywords: ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ；　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ；　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｍｉｎｅ；　ｍｉｎｅ在矿井建设生产各个阶段，对矿井涌水量空间、时间变化规律展开动态化预测评价，是矿井水文地质工作重要项目。但因为涌水量影响因素相对较多且较为复杂，涌水量计算难度相对较大，所以做好涌水量计算方法选择与应用，已经成为了相关企业研究重点[1]。目前较为常用的计算方法主要以解析法以及比拟法等手段为主，对计算方式展开合理运用，做好涌水量计算与控制，是保证矿井正常生产的有效手段，值得展开深入研究[2]。1 涌水量影响因素在进行涌水量计算时，需要做好水量影响因素分析，以防出现计算精准度不高或者计算存在失误等方面的问题。通过分析发现，矿井涌水量与以下几项因素有着密切关联：①降水量。经过研究发现，矿井涌水量和降水量有着密切关联，在深度较浅地段实施挖掘时，两者之间影响尤其明显，随着降雨量的变化，涌水量会出现随之改变或略有滞后的状况；②产量、开采面积。开采面积、产量的不断增加，加之含水介质空间与顶板含水层结构的改变，使得涌水量在对地下水静储量进行消耗的同时，还在接受地下水补给，所以涌水量会呈现出不断增加的趋势；③当采掘工作进入到中期阶段，地下水静储量已经所剩无几，此时地下水补给成为了矿井涌水的主要来源，涌水量会随着地下水接受补给量的平稳而出现逐渐稳定的状态；④地质构造。在进行矿井开采时，会对地质构造形成一定程度的破坏，会使地层原有完整性受到直接影响，导致空间、裂隙出现[3]。2 矿井涌水情况及不同情况的费用计算所研究矿场为冶金工业矿山，矿井涌水量现状以及相关费用计算方法如下：①该矿井下在建巷道施工中，由于巷道通过几处破碎带（已进行了100mm厚的永久喷砼支护）后，巷道出现多处淋水、散水，加大井巷排水压力，也严重影响正常施工，经项目部、监理单位和施工单位现场勘查并确定对该段进行注浆治水（由于巷道空间窄小，注浆作业时注浆站占道布置在巷道内，所以注浆时无法继续掘进和其他工作）。在计算相关费用时,若此情况造成无法继续掘进和影响其他工作连续超过24h时，应按辅助费说明第五条第3款计算辅助费补偿费。②因涌水量非常大，在长期的涌水过程中，马头门的基础坑中积聚了大量的淤泥、石块，工作人员在清理淤泥时无法准确判断淤泥坑的虚实，又因为马头门空间有局限性清淤设备无法进入，只能依靠人工使用铁锹及水桶进行清理（人工挖淤泥，通过0.5立方水桶提到井口）。③竖井掘砌过程中工作面有较大涌水，依据施工方案带水下掘，井筒形成后需要采用壁后注浆。在计算相关费用时,需要确认辅助费是否已包括此工作范围内容，若壁后注浆影响掘砌时或由此影响此段后续工作内容超过24h时，可参照辅助费定额说明第五条计算辅助费补偿费。3 矿井涌水量计算方法3.1 解析法为对解析法应用展开详细分析，本文在此将以大井法为例，对矿井涌水量计算全过程展开深度探究。在运用大井法实施计算时，会将矿区水平坑道系统所占面积视为等价于理想的大井面积，坑道系统涌水量与大井涌水量相符。此种计算方式应用没有过多限制，可在各种坑道系统以及井巷中进行使用。（1）基本原理。大井法是按照地下水动力学原理，运用解析方式对地下水运动规律偏微分方程展开计算的，会按照特定初值条件以及便捷，对地下水运动模型构建展开解析，进而实现对多种条件下的矿井涌水量测试。（2）计算公式。在进行矿井开采时，矿坑地下水位的持续性降低以及排水疏干的不断进行，会使地下水承压水转变为潜水，所以矿坑涌水量计算应按照承压水-潜水含水层公式展开，具体公式如下：其中Q代表矿井涌水量；K代表渗透系数；M代表含收稿日期：２０１９－０６作者简介：蔡晨光，女，生于１９８５年，汉族，河北唐山人，本科，中级工程师，研究方向：工程造价，井巷工程。2019年 6月下 世界有色金属

1 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

矿山类型 多年生产的矿山 特大涌水矿山

疏干开采矿山 大水矿山 中水矿山 小水矿山

矿井涌水量

（m3/d） 具有10年以上观测资料 大于50000 5000～50000 500～5000 小于500

抽水试验的

类型和数量 不需要进行抽水试验 多孔抽水试验1～5组，群孔抽水试验1组 多孔抽水试验1～5组 单孔抽水试验1～5孔 不一定需要进行抽水试验 2 涌水量的主要计算方法 作图法、

数理统计 数值法、

数理统计 比拟法、解析法加水均衡计算、

作图法 比拟法、

第ｌ９卷２期　２００７年４月　中国煤田地质　

ＣＯＡＬ　ＧＥＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＣＩｔＩＮＡ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　２００７　文章编号：１００４—９１７７（２００７）０４—００３８—０３　

基于ＢＰ神经网络方法的矿井涌水量预测　

姜素，孙亚军，杨兰，凌成鹏　

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州２２１００８）　

摘　要：鉴于矿井涌水威胁煤矿安全生产及其影响因素的复杂性，提出基于ＢＰ神经网络的矿井涌水量预测方法。　

在充分分析新安煤矿＋２５ｍ开采水平的涌水影响因素的基础上，选取大气降水、采空区面积和底板构造断裂和采动裂　

隙三个影响因子，建立了非线性人工神经网络预测模型，对＋２５ｍ开采水平的正常涌水量进行了预计。其结果和实际　

观测数据能够较好地相吻合，表明采用人工神经网络预计矿井涌水量是可行的。　

关键词：矿井涌水量；影响因素；预测模型；ＢＰ神经网络；新安煤矿　

中图分类号：ＴＤ７４２．１　文献标识码：Ａ　

０引言　

我国几十年来在生产中积累并发展了大量矿井　

涌水量计算方法【ｌ＿３】。确定性的传统涌水量计算方法　

主要有解析法、模拟法、水均衡法等；非确定性（随机　

性）的数学方法，如经验法、回归（相关分析）、模糊数　

学、灰色预测及时序分析法等。由于地下水系统十　

分复杂，其补给、径流和排泄条件均受到多种因素的　

影响．各计算方法都有其不同的适用条件，同时各自　

也存在不足之处．因此采用新的研究方法预测矿井　

涌水量，具有非常重要的现实意义。　

人工神经网络（ＡＮＮ）是应用工程技术、计算机　

手段模拟生物神经网络的结构和功能，通过用大量　

与自然神经系统细胞相类似的人工神经元联结成网　

络，实现知识并行分布处理的人工智能系统。　

目前应用比较广泛、效果较好的模型为误差反　

向传播神经网络模型——ＢＰ模型，是典型的单向多　

层次前馈模型，能够学习大量的映射关系，而不需要　

其他数学知识来描述输入一输出之间的映射Ｉ４１。ＢＰ　

网络所具有的网络映射是一个非线性关系的映射，