论煤矿矿井涌水量预测几种方法的应用

山东省某矿井涌水量的多种方法预测研究作者：赵向光来源：《科技视界》 2013年第26期赵向光（山东科技大学资源与土木工程系，山东泰安 271019）【摘要】本文简要介绍了某煤矿的生产开采情况，总结了历年矿井涌水量变化特点，然后对某煤矿——580m和-1000m生产水平的涌水量情况进行了预计。

对于上组煤，-580m水平以上开采时，目前正常涌水量114m3/h，最大138m3/h；采用比拟法公式预计-1000m水平以上开采时的涌水量。

对于下组煤，分别采用相关比拟法、单位涌水量法、大井法进行计算，并考虑有无徐灰、奥灰水参与下的情况。

最终得出：-580m水平涌水量正常251m3/h，最大312m3/h；当徐奥灰水参与矿井水后，正常涌水量1170m3/h，最大涌水量1480m3/h。

徐奥灰突水量可达1920m3/h（51302E面实测），以上水量可作为-580m水平扩排的依据。

-1000m水平涌水量预计正常318m3/h，最大393m3/h；当徐奥灰水参与矿井水后，正常涌水量1917m3/h，最大涌水量2423m3/h。

本水平预计水量供参考。

【关键词】涌水量；开采；预测研究水害严重影响和制约煤矿的安全生产。

正确分析、预测矿井涌水量，有效指导煤矿的安全开采，是矿井生产过程中必需的基础工作。

矿井涌水量预测方法很多，常见的有大井法、水文地质比拟法、涌水量曲线方程法、水均衡法、数值模拟法等。

本文以山东省某矿井为研究对象，运用比拟法、单位涌水量法、大井法预测了该矿矿井涌水量，取得了较好的效果。

1 矿井开采与排水概况某煤矿生产水平有±0m、-195m、-350m及-580m四个水平，开采煤层为2、4、6、11、13、15煤层共六层。

±0m，-195m水平已开采结束，-350m水平F10断层以南已基本结束，主要剩15煤层；现主要开采F10以北2煤层、4煤层、11煤层。

-580m水平正在开采2、4、11、13煤层。

煤矿水灾预测方案随着工业化的发展，煤矿事故的风险也逐渐增加。

其中，水灾是煤矿事故中的常见类型之一，而水灾预测被认为是预防水灾事故的关键。

本文将介绍煤矿水灾预测方案。

什么是煤矿水灾？煤矿水灾是指在采煤过程中，由于山体内部裂隙或煤层自身的渗透性及地下水扰动引起的地下水发生突破或溢出，水流速度加大引发涌水事故，使矿井水级超过设防标高，或地下工作面进水超过排水能力，造成人员伤亡或财物损失的灾害。

水灾不仅会增加矿井的成本，还会对矿井的工作产生不利影响。

因此，预测煤矿水灾至关重要。

煤矿水灾预测方案煤矿水灾预测方案除了需要考虑地下水位和地下水流方向之外，还需要考虑其他因素，如地质结构、煤层厚度、煤层倾角等因素。

以下是一些矿山水灾预测方案：•物理预测法物理预测法是指利用地球物理勘探和水文地质测试方法，例如电磁法、地震勘探、重力勘探、磁法等勘探方法，对煤层下伏水位、水流方向、以及煤层裂隙等进行探测，从而判断水的运移趋势和速度。

•水力预测法水力预测法是指预测矿山井下水文地质和矿区地上水文地质，以及水文地质分层情况，然后利用饱和渗透、渗流力学分析、水文地质条件等进行水力预测，预测水文地质变化趋势和位置变化。

•数学模型预测法数学模型预测法是指建立数学模型，通过模拟地下水流动的物理现象来预测煤矿水灾。

模拟流动的过程包括输入初始值条件、定出边界条件，然后通过求解地下水流动方程得到预测结果。

•条件危险度预测法条件危险度预测法是指利用条件危险度理论，分析煤矿工作面和矿井井下地质构造、矿体结构、实际矿压和支护条件、工作面及井下排水系统等多个因素之间的相互作用，针对每一个可能的事故来源和位置进行评价和预测。

在煤矿水灾预测方案中，以上四个方法经常被使用。

结论煤矿水灾是煤矿事故中的常见类型之一，而煤矿水灾预测被认为是预防煤矿事故的关键。

在煤矿水灾的预测方案中，物理预测法、水力预测法、数学模型预测法和条件危险度预测法是常见的方法，也是比较有效的方法。

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）。

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）。

收稿日期:2022-11-01作者简介:刘英杰(1988-),男,山西平定人,工程师,从事煤矿技术管理工作。

doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.08.015不同矿井涌水量预测方法对比分析刘英杰(山西潞阳煤炭投资经营管理有限公司,山西晋中　045400)摘　要:为了更好地预测矿井涌水量,给矿井水害预防工作提供重要依据,以山西寿阳祥升煤矿为研究对象,通过建立3种模型对矿井2019年涌水量进行了预测,并对比了各模型间的预测精度。

研究结果表明:通过时间序列分析软件建立的3种模型来对数据进行拟合均有较好的拟合效果,平均绝对百分比误差都未超过10%,表示3种模型能够用来预测矿井涌水量,且预测精度较高;3种模型指标从小到大依次为ARIMA(2,0,1)模型、SARIMA(2,0,1)×(0,1,1)12模型和X12季节调整模型,这说明ARIMA(2,0,1)模型预测效果最优,X12季节调整模型效果最差,但后者能够分析序列自身的变化特征,把其分解成随机要素、季节要素和趋势循环要素,从各个方面来对序列的变化趋势进行描述。

关键词:矿井涌水量;水害预防;时间序列分析;ARIMA ;SARIMA中图分类号:TD742 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2023)08-0052-03 煤炭开采过程中的众多技术指标里,矿井涌水量尤为重要。

矿井涌水量的多少直接影响到排水方式和煤矿开采方案的设计,所以对矿井涌水量的精准预测十分重要[1-2]。

对于矿井涌水量的预测方法有很多,具体包括数值法、解析法、相关分析法、神经网络法等[3-4]。

但矿区地形地貌、水文地质、当地气候等因素对矿井涌水量有较大的影响,再者水文地质参数的确定比较困难,故逐渐有研究人员通过时间序列分析法来对矿井的涌水量进行预测。

此方法在应用时要求开采的煤层一致,不存在较大构造等。

曲兴玥等[5]使用乘法分解模型对每月内青龙煤矿涌水量最大值进行了预测;贾伦[6]构建了ARIMA (1,1,1)模型,预测某矿井的涌水量,发现涌水量实际变化规律和模型拟合所得规律大致相同;模型拟合趋势与实际趋势基本一致;王猛等[7]构建了SA⁃RIMA 模型预测了矿井涌水量,发现实测结果和预测结果的误差最大值为3.21%,预测精度较高。

矿井涌水量解析计算及其适用性对比【摘要】矿井涌水量计算是煤矿水文补勘工程中的一项重要任务，目前矿井涌水量预测主要以“大井法”、“集水廊道法”为主，计算过程往往简单、机械，不注重矿区水文地质条件及公式适用条件的分析。

本文在分析红一煤矿地质及水文地质条件的基础上，对研究区水文地质条件进行了概化，最终选用具有一个隔水边界的稳定流承压转无压的Dupuit公式的推导式进行基岩段涌水量计算。

【关键词】大井法；集水廊道法；涌水量；水文地质补充勘探1地质及水文地质概况1.1井田地质及构造井田内地层由老至新依次有：奥陶系克里摩里组(Ok)；石炭系上统土坡组(Ct);石炭二叠系太原组(CPt)；二叠系下统山西组(Ps)、石盒子组(Psh);古近系(E)和第四系(Q ) o红一井田总体构造为一走向北北东向、西翼陡东翼缓的不对称背斜，即红墩子三道沟背斜，其西部发育有红墩子向斜，再向西被黄河断裂所断。

红墩子三道沟背斜西翼受红墩子断层切割，红墩子断层落差30m〜180m。

井田内煤层大部赋存于红墩子三道沟背斜东翼。

1. 2井田水文地质1. 2. 1含水层划分及其特征井田含水层划分为：第四系孔隙潜水层、古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层组、二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层组、山西组裂隙含水层组、太原组砂岩裂隙含水层组、土坡组砂岩裂隙含水层组、奥陶系裂隙含水层组。

其中山西组裂隙含水层、太原组砂岩裂隙含水层组为直接充水含水层，石盒子组裂隙含水层组为间接充水含水层。

下面简述以上三个含水层特征。

二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层：属直接充水含水层，在全区较广泛分布，厚度约在40〜360m左右，含多个子含水层，为复合含水层。

由粗粒砂岩、中粒砂岩及细粒砂岩构成，分选磨圆中等，颗粒支撑，泥钙质胶结，裂隙欠发育。

根据抽水试验，本含水层天然静水位埋深43.96m,钻孔涌水量0. 185L/S,单位涌水量0. 0011L/m?s,渗透系数0. 0034m/d ,为弱富水含水层。

浅论煤田勘探矿井涌水量预测【摘要】川东北煤田开采的是三叠系须家河组煤层，主要为裂隙充水矿床，在进行煤田地质勘探时，预算矿井涌水量的方法很多，具体选择哪种方法预算最适合，常出现意见分歧。

由于对矿井自然水文地质条件的认识和选择的方法各异，故预测结果也各不相同，且用矿井实测资料也难以证实其谁是谁非。

所以，在研究对象复杂、又只能通过有限资料进行推测的矿井涌水量预测上，确属是一个值得不断探讨和研究的问题。

笔者认为，要做到正确地预测矿井涌水量，必须把握好以下几个工作环节。

【关键词】水文地质；预算方法1 要查清矿坑水的充水因素一般认为矿井涌水量随井巷工程和采空面积及开采深度的增加而增加，达到与所有的含水岩层（带）接触有效面积最大时，其预测量为矿井最大涌水量。

显然这是矿井生产末期的涌水量（按水平预测，则是本水平生产末期的涌水量）。

如果生产矿井按照这个预测成果设计排水能力，只能是几十年后才需要的能力，因日常生产过程中并无预测涌水量值。

然而，矿井生产随着井巷和开采面积的增加，加之矿井中出水点数量（裂隙、岩溶等）和各出水点流量的不断变化，矿井涌水量亦是个变量，其最大、最小值之间通常相差甚远，特殊情况下可达数十倍，或者更多。

所以，即使按照矿井生产末期的涌水量设计排水能力，如果在生产过程中某一时段出现大的岩溶水或大的构造裂隙、砂岩陷落柱突水，其瞬时涌水量较大时，也可能冲毁巷道，造成人员和财产损失，甚至发生淹井事故（2005年大竹田坝煤矿“8·1”水灾事故就是须家河组煤系地层陷落柱突水，毁坏巷道500多米，造成5人死亡的重大事故）。

就排水能力而言，即使年（月）平均涌水量不大，若某日的平均涌水量超过排水能力，亦可能摧毁泵房，造成淹井事故。

矿井生产实践证明：瞬时最大涌水量一般只会出现在含水岩层（带）被揭露时，而不会出现在被揭露之后，可现行涌水量的预测方法并无一种是用揭露含水岩层（带）时的涌水量参数进行预测的。

因此，对矿井最大涌水量的预测应在查清影响矿坑充水因素的基础上，并有一个基本的“时段”概念，以利矿井设计排水能力在经济上更趋合理，并最大限度地杜绝矿井水灾事故的发生。

煤矿井下涌水量计算的几种观测方法1、水桶法水桶法指的是，将涌出的水导入一定容积的量水桶（圆形或方形），用秒表测流满该量水桶所需的时间，然后按下式计算涌水量：Q= V/t式中Q——涌水量，m3/h（m3/min）V——量水桶的体积，m3t——水流满量水桶的时间，h（min）2、水位标定法水位标定法指的是利用水泵将水窝（或水仓）中的水位降低，然后停泵，测量回升到原来位置所需要的时间，然后按下式计算涌水量：Q=FH/t式中Q——涌水量，m3/h（m3/min）F——水窝（或水仓）的断面积，m2H——水位回升的高度，mt——水流满凉水桶的时间，h（min）3、水泵能力法水位能力法指的是维持水位不变时增加水泵的排水能力，按下式计算涌水量：Q=KNW+SH/t式中Q——涌水量，m3/h（m3/min）K——水泵的排水系数，％（当新水泵排清水时K=1，旧水泵排清水时K=0.8，排混水时K=0.9,旧水泵排混水时K=0.7，双台旧水泵排水时K=0.6）N——增加的水泵台数，台W——水泵的铭牌排水量，m3/h（m3/min）S——水仓（或水窝）水平截面积，m2H——水位上升的高度，mT——水位上升所需的时间，h（min）当H=0时，即水位不上升，则Q=KNW4、浮标法浮标法指的是利用木屑或纸屑作为浮标，测量水沟中水的流速，根据水沟断面计算涌水量。

按下式计算涌水量：Q=KVF式中Q——涌水量，m3/h（m3/min）F——断面面积，m2V=L/tt——从断面1到断面2的水流时间，h（min）L——从断面1到断面2的水距离，mK——断面系数，与水沟粗糙度、风流方向和大小有关：在一般情况下，水沟水深大于1.0吗，当水沟粗糙时，K=0.75—0.85；在水沟水沟平滑时，K=0.80—0.90。

此计算方法可用于巷道排水沟中水的测量；当涌水较大，淹没巷道水沟时，也可用来测量巷道流水中水量。

5、堰测法堰测法指的是在井下排水沟中设置测水堰板，使水流通过一定形状的堰口水流高度，然后计算涌水量。

煤矿突水水源判别与水量预测方法综述摘要：煤矿突水是一种危险的地质灾害，其可能带来的危害和损失是可怕的。

因此，对突水的水源判别与水量预测显得尤为重要。

本文梳理、综述了煤矿突水水源判别与水量预测的现有方法，总结出：1. 通过开采工程来发掘煤矿突水的水源；2. 通过流体力学和数值模拟方法来预测煤矿突水水量；3. 利用现场采样和分析等实测手段总结煤矿突水水量特征；4. 借助GIS及RS等信息处理技术来支持煤矿突水水源判别与水量预测。

关键词：煤矿突水；水源判别；水量预测；地质灾害正文：煤矿突水是一种危险的地质灾害，造成的损失可能是极其惨重的。

因此，对煤矿突水的水源判别与水量预测具有重要意义。

现有的煤矿突水水源判别与水量预测方法主要有：1、开采工程。

通过开采工程，可以揭示煤矿突水水源的本质。

例如，地质剖面主要包括胶结层分布特征、地下水流动状态、地下水渗流情况等，从而解读出煤矿突水水源的本质。

2、流体力学和数值模拟方法。

通过这些方法，可以预测煤矿突水的水量和水质特征。

3、现场采样和试验分析。

采集煤矿突水现场水样，进行相关性和微量元素分析，从而总结出煤矿突水水量特征。

4、GIS和RS技术。

利用GIS和RS技术，可以支持煤矿突水水源判别与水量预测，流域划分、水质模拟等工作。

综上所述，煤矿突水水源判别与水量预测是一项非常重要的工作，其中包括了各种不同的方法，如开采工程、流体力学和数值模拟方法、现场采样和分析等，以及GIS和RS技术的支持。

各种不同的煤矿突水水源判别与水量预测方法应根据具体地质状况而定。

例如，当没有明显的地下水膨胀断面或水文分析数据可用时，通过开采工程来发掘煤矿突水水源是最常用的方法。

通过对煤矿突水现场实测水样分析，估算水量特征也是一种行之有效的方法。

此外，GIS和RS技术目前也在煤矿突水水源判别与水量预测方面发挥着不可替代的作用。

借助这些方法，可以快速准确地判别出煤矿突水水源，并结合实测水量特征来精确预测水量。

矿井涌水量预测方法综述摘要：本文在阅读了大量的中外相关文献的基础上，从确定性分析和不确定性分析的两种方法进行了对矿井涌水量预测方法的综述和剖析。

同时也对这些方法进行了简单优缺点的介绍，对矿井涌水量预测具有重要的意义。

关键词：矿井涌水量；预测方法；确定性分析；不确定性分析0前言矿产资源是我国重要的资源之一，但在矿山开采的时候容易出现各种各样的危险，其中最危险的应该就属矿井水的突发事情。

因为我国的大部分矿区，随着上、中组的资源开釆的衰竭，开采储量丰富的下组资源却面临着底板岩溶承水的威胁，这就在相当程度上制约了矿区经济的可持续发展。

同时据不完全统计2001-2009年我国矿山透水事故共发生511起，死亡人数3245人，平均每年发生透水事故57起。

在统计的矿山透水事故中，有6.3％发生在非煤矿山中，其余93.7％发生在煤矿。

因此在面对矿井涌水量方面我们要做大量的工作，这样才可以保证生产的安全运行[1]。

但如何准确地预测矿井涌水量，一直是国内外专家都在努力探求的问题。

多年来，虽然很多学者从不同角度、利用不同方法做了大量的工作。

但到目前为止，涌水量预测数据与井下实测数据存在不同程度的误差，最大可差十几倍，造成矿井涌水量预测误差的原因则很多，概括起来主要有以下三个方面原因：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。

因此目前矿井涌水量预测大体上可以分为确定性分析方法和不确定性（随机）分析方法两类[2]。

确定性分析包括：解析法、模拟法、数值法、水均衡法；非确定性分析法包括：水文地质比拟、相关分析、模糊数学模型、灰色系统等[3]。

1确定性分析方法1.1解析法解析法是一种最普通的方法，但我们在使用解析法的时候，我们要根据矿井的大体的形状来进行判断，然后才可以确认我们要用的哪种方法。

比如如果一个矿井的大体形状是一个圆形或者是近似的圆形我们可以用“大井法”。

用该方法预测矿井涌水量时，以井流理论和用等效原则构造的大井法为主，该方法是把矿区水平坑道系统所占的面积看成是等价于一个理想的“大井”面积，整个坑道系统的涌水量就相当于“大井”的涌水量[20]。