矿井涌水量计算的稳定与非稳定流解析法

附 录 A（资料性附录）矿井涌水量评价常用方法及公式A.1 比拟法A.1.1 富水系数法aP Q K P = ...................................... (A.1)11p Q K P = ...................................... (A.2) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米（m 3）；K p ——富（含）水系数，单位为立方米每吨（m 3/t ）；P ——新矿井设计产量，单位为吨（t ）；Q 1——生产矿井年涌水量，单位为立方米（m 3）；P 1——生产矿井年产煤量，单位为吨（t ）。

a 式中的涌水量和产煤量均是同一一定时间内的。

A.1.2 矿井单位涌水量比拟法当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深呈直线比例的情况下：1Q q FS = ...................................... (A.3)1111Q q F S = ...................................... (A.4) 当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深不呈直线比例时:Q Q =(A.3) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；q 1——生产矿井单位涌水量，单位为每秒（s -1）；F ——新矿井设计开采面积，单位为平方米（m 2）；S ——新矿井设计水位降深，单位为米（m ）；Q 1——生产矿井总涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；F 1——生产矿井开采面积，单位为平方米（m 2）；S 1——生产矿井水位降深，单位为米（m ）；m 、n ——地下水流态系数，根据两年以上生产矿井涌水量采用最小二乘法或图解法求得。

A.1.3 相关关系分析法a) 当生产矿井涌水量与两个影响因素存在直线关系时，采用下述三元直线相关数学表示式预算新井矿井涌水量（Q ）：01122Q b b x b x =++ .................................. (A.4)式中：x 1 、x 2——影响矿井涌水量的二个因素变量；b 1 、b 2——称为Q 对x 1 、x 2的回归系数。

02B «f T A N矿井涌水量预测方法及适用性评价张彩云(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西太原030006)摘要：本文介绍了数值法、解析法、水均衡法及水文地质比拟法四种矿井涌水量预测方法，并针对不同 的方法，进行了适用性评价的分析。

指出在进行涌水量预测时，应对矿井的条件加以仔细分析，采取适宜的方法。

关键词：矿井；涌水量；预测方法中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：1672-7487 (2018) 01-26-31 前言进行煤矿开采时，怎样更精确地对矿井涌水量加以预 测，是一直探索的问题。

很长一段时期以来，很多技术人 员及学者基于不同的理论及角度，对矿井涌水量预测做了 非常多的研究。

但现阶段，在矿井开采中涌水量预测的数 据和矿井开采中真实的涌水量数据依然有较大的误差，严 重时相差10倍以上。

造成误差的影响因素非常多，将这些因 素分成三类，即：未查明水文地质条件、预测时用的地质 参数没有代表性、未选用适当的数学计難型。

所以，进 行矿井涌水歸测时，对方法的选用是十分重要的。

2矿井涌水量预测方法2.1数值法2.1.1数值法願以及应用条件分析数值法属于近似计算方法，是基于计算机技术形成并 逐步发展的一种矿井涌水量预测方法。

数值法是对渗流偏 微分方程进行求解，得到一个相似解，即为矿井涌水量预 测值。

此方法的精度相对高，能用于相对复杂的一些矿井 涌水量预测中。

此方法应用在水文条件及含水层较为简单 的矿井中，能更有效地对矿井涌水量进行预测。

2.1.2数值法计算方法现阶段，应用相对广泛的涌水量预测数值法主要包含有限元方法及有限差分方法。

1)有限元方法。

此方法是将所求解的区域分割为有限 个相互不发生重叠的区间单元，在每一个单元中构建相应 的基础函数。

再对每一个单元构建相应的形状函数，将形 状函数当成近似解，然后采用最小势能的计算方法求节点 处的近似值，所得结果即为预测值。

2)有限差分方法。

1、 突水系数《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘察评价标准》（MT/T1091-2008）附录E（1）适用于水文地质条件简单、含水层富水性较弱、补给条件差的矿区Ts 突水系数MPa/mP 隔水层承受的水压，MPaCp 采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度，m M 底板隔水层厚度，m（2）水文地质条件复杂、含水层富水性较强、补给条件较好的矿区。

含义同上。

2、 地下径流模数=集水面积平均流量 单位：2km s /L ⋅3、矿井涌水量：一、水文地质比拟法预算矿井涌水量 原理和应用条件：水文地质比拟法就是利用地质和水文地质条件相似、开采方法基本相同的开采矿区或生产矿井的排水资料，来预计勘探矿区或新建矿井的涌水量。

应用前提是勘探矿区的地质、水文地质条件与开采矿区或生产矿井基本相似，老矿井要有较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关系表达式的可靠性。

一般而言，水文地质比拟法主要适用于条件比较简单，充水岩层的透水性比较均一的孔隙或裂隙充水矿床，特别是用于已有多年生产历史的矿井。

根据上水平的实际排水资料预测延伸水平的涌水量或根据生产采区的排水资料预测延伸水平的涌水量，效果更好。

计算方法：（1）富水系数比拟法：根据0p P Q K =K p 为富水系数，Q 0为一定时期内从矿井排出的总水量，m 3； P 0为同时期内的矿石开采量，t ； 得出：Q=K p ·P原来的生产矿井的K p 值乘以同时期新矿井的设计开采量P ，即得新矿井的涌水量（2）单位涌水量比拟法：根据地下水符合层流或紊流状态，选择下述公式：层流000S F Q q =紊流0000S F Q q =F 0、S 0、Q 0分别为老矿井的开采面积、水位降深和排水量。

所以新矿井的涌水量Q 比拟计算式为F 、S 分别为新矿井的设计开采面积和水位降深。

既非层流又非稳流，改进公式：m 和n为待定系数，根据经验通过计算或曲线拟合确定，或用最小二乘法求得。

涌水量预测的解析法与数值法对比研究矿井涌水量是矿井排水系统设计和防治水重要依据。

以朝克乌拉煤矿为例，采用解析法和数值法对研究区K1b2含水层涌水量进行预测，并进行对比分析。

对比结果表明，数值法更能体现开采过程中涌水量的动态变化过程，较解析法更能反映实际情况。

标签：涌水量预测；解析法；数值法0 引言矿井涌水量预测是煤矿水文地质工作的重要内容，其贯穿了矿床勘探、矿井建设和生产全过程。

目前矿井涌水量预测方法较多，由于各种计算方法适用范围存在差异，因此计算时应充分考虑矿区的地质及水文地质条件。

本文以朝克乌拉煤矿为例，在充分考虑矿井水文地质条件的基础上，分别采用解析法和数值法对朝克乌拉煤矿各工作面K1b2含水层涌水量进行预测，并对预测结果对比分析。

1 研究区水文地质概况根据区域水文地质资料，矿区从下至上概化为4个含水岩组，即2煤上部（K1b2）含水岩组、白垩系下统上部砂砾岩（K1b3）含水组、第三系孔隙承压含水岩组和第四系孔隙潜水含水岩组。

矿井主要的充水含水层为K1b2含水层，也是本次涌水量预测研究的目的含水层。

据含水层混合抽水试验资料显示，其单位涌水量为0.0161～0.0119 L/s·m，渗透系数为0.0597～0.0814 m/d，属弱富水含水层。

2 解析法预测矿井涌水量2.1 涌水量预测公式根据开采设计和实际水文地质特征分析可知，水压会降到隔水层顶板以下，水力性质会转为承压—潜水水流，故拟选择承压—潜水完整井水平坑道计算公式计算各工作面的涌水量。

其公式如下（1）（2）式中Q——工作面矿井涌水量（m3/d）；B——水平坑道长度，此处指各工作面长度（m）；S——水位降深（m）；M——承压含水层厚度（m）；R——水平坑道的影响深度（m）；H——承压水从最低开拓水平算起的水头高度（m）；K——含水层渗透系数（m/d）。

2.2 参数选取（1）渗透系数参数。

根据研究区在K1b2含水层的钻孔抽水试验资料，结合研究区实际情况，且考虑到利用解析法预测矿井涌水量的局限性和适用条件，取K=0.05 m/d。

矿井涌水量计算的非稳定流解析法
华解明
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2010(022)010
【摘要】目前矿井涌水量预测普遍存在着评价方法简单、机械套用计算公式、或利用应用软件玩模拟游戏等现象,反而对非常适用的非稳定流解析法重视不够.根据非稳定流解析法公式的基本原理,对其在矿井涌水量预测方面的适用性进行了讨论,并以山西省霍州煤电集团公司某煤矿采区水文地质补充勘查报告矿井涌水量预测为例进行了计算,计算结果表明:非稳定流解析法的雅柯布(近似)公式对于煤层底板突水的矿井涌水量预测,较稳定流解析法和传统的类比外推法在理论上更适用,操作上更灵活;与数值法相比,其又具有较好的直观性.在实践中,该方法计算过程清晰,计算结果可靠,具有推广应用价值.
【总页数】3页(P38-40)
【作者】华解明
【作者单位】中国煤炭地质总局水文地质局,河北邯郸056004
【正文语种】中文
【中图分类】TD742+.1;P641.2
【相关文献】
1.数值法和解析法在矿井涌水量预测中的应用分析 [J], 张莉丽;张耀文;武强;折书群
2.数值法和解析法在矿井涌水量预测中的应用分析 [J], 张莉丽;张耀文;武强;折书群;
3.非稳定流定降深法在矿井涌水量预测中的应用 [J], 来永伟;孔庆虎;李志慧
4.矿井涌水量计算的稳定与非稳定流解析法 [J], 张曼曼; 姚多喜
5.大井法在矿井涌水量计算中的应用 [J], 王丽; 刘烨
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

解析法预计工作面正常涌水量1 井流公式预计涌水量概述利用井流公式预测矿井涌水量是目前矿井涌水量预测中应用较广的一种方法。

按照不同分类方法，可将井流分为以下几种类型：1〉按照被揭露含水层的性质，可分为承压型、无压型（潜水型）和承压一无压型井流。

2〉按照揭露含水层的程度和进水条件，又可以分为完整型和非完整型井流。

完整型井流贯穿整个含水层，且井的整个壁面都可以进水；否则为非完整型。

3〉按照地下水运动要素是否随时间而变化，又分为稳定井流和不稳定井流两种类型。

根据以上三种分类的不同组合可以得到不同的井流公式，如承压完整稳定井流公式、潜水非完整稳定井流公式等，以上公式都可以根据地下水动力学中的计算公式获得。

2承压—无压井流方程早研究稳定井流的是法国水力工程师裘布依（J.Dupuit），1863年他提出了著名的稳定井流方程。

其稳定承压井流方程是在下列假定条件下建立的：均质、各向同性、隔水底板水平的圆柱形潜水含水层，外侧面保持定水头，中心一口完整抽水井（又简称为圆岛模型），没有垂向入渗补给和蒸发排泄，渗流服从线性定律的稳定流动，且含水层是等厚的承压含水层。

图5-6 裘布依稳定承压井流示意图但当水位降低很大时，井内水位低于承压含水层的顶板时，便会出现承压水井附近水流变为无压水流，而距井较远处仍为承压水，如图5-6，当Hw<M 时，即为承压——无压井。

承压——无压井的涌水量计算公式为：()22021.366lg w wK H M M H Q R r --= （1） 式中：Q ——抽水井涌水量（m 3/d ）；K ——含水层渗透系数（m/d ）；M ——承压含水层厚度（m ）；R ——圆柱形含水层的半径（m ）；r w ——抽水井半径（m ）；H 0——圆柱形含水层外侧水头（保持不变），（m ）；H w ——抽水井中的水头（实指进水井壁处的水头），（m ）。

图5-7齐姆模型的影响半径示意图（承压井流）德国土木工程师齐姆(Thicm)认为：在水平方向无限延伸的含水层中的R 值可以近似取为从抽水井中心到实际测不出地下水水位(水头)下降处的水平距离，这样就引出了“影响半径”的概念（见图5-7）。

附 录 A（资料性附录）矿井涌水量评价常用方法及公式A.1 比拟法A.1.1 富水系数法aP Q K P = ...................................... (A.1)11p Q K P = ...................................... (A.2) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米（m 3）；K p ——富（含）水系数，单位为立方米每吨（m 3/t ）；P ——新矿井设计产量，单位为吨（t ）；Q 1——生产矿井年涌水量，单位为立方米（m 3）；P 1——生产矿井年产煤量，单位为吨（t ）。

a 式中的涌水量和产煤量均是同一一定时间内的。

A.1.2 矿井单位涌水量比拟法当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深呈直线比例的情况下：1Q q FS = ...................................... (A.3)1111Q q F S = ...................................... (A.4) 当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降深不呈直线比例时:Q Q =(A.3) 式中：Q ——新矿井预计涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；q 1——生产矿井单位涌水量，单位为每秒（s -1）；F ——新矿井设计开采面积，单位为平方米（m 2）；S ——新矿井设计水位降深，单位为米（m ）；Q 1——生产矿井总涌水量，单位为立方米每秒（m 3/s ）；F 1——生产矿井开采面积，单位为平方米（m 2）；S 1——生产矿井水位降深，单位为米（m ）；m 、n ——地下水流态系数，根据两年以上生产矿井涌水量采用最小二乘法或图解法求得。

A.1.3 相关关系分析法a) 当生产矿井涌水量与两个影响因素存在直线关系时，采用下述三元直线相关数学表示式预算新井矿井涌水量（Q ）：01122Q b b x b x =++ .................................. (A.4)式中：x 1 、x 2——影响矿井涌水量的二个因素变量；b 1 、b 2——称为Q 对x 1 、x 2的回归系数。

矿井涌水量预测方法评述摘要：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。

稳定井流解析法用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的流量预测；非稳定解析法用于矿床疏干过程中地下水位不断下降、疏干漏斗不断扩展的非稳定状态下的涌水量预测[3]。

米金科等[4]应用解析法对兴隆庄煤矿的静储量进行了预测，预测结果为34万m3，根据不同参数值进行分区，得到十采区工作面不同推进速度下的涌水量。

虽然，解析法是预测矿坑涌水量比较常用的方法，但在工程实践中，边界条件概化的失误是导致解析解失真的主要原因之一，理想化要求常与实际条件相差甚远，这已成为解析法应用中的难点。