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浅谈矿坑涌水量常用计算方法

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水文地质　・　１２９　・　

浅谈矿坑涌水量常用计算方法　

吴远健　

（广东省矿产资源储量评审中心，广州　５１００８０）　

摘要我国矿山事故频发，不同充水类型、不同矿区类型，选用的预测矿坑涌水量计算方法也不一样。　进行矿坑涌水量预测时，必须先确定矿床充水类型，然后选择合适的计算公式进行计算，提高预测精度　及水平。　

关键词矿坑涌水量预测计算方法　

我国矿山事故之多，遭受损失之大，可谓世界之最，其中属水患型的不少。因此，提高矿坑充　

水勘探与预测水平，始终是矿床水文地质工作追求的目标。长期的勘探与开采实践表明，相似水文　

地质条件的矿床，具有基本类同的充水条件、接近的矿坑涌水量及开采后主要水文地质、工程地质　

问题。随着资料和经验的积累，逐渐揭示了矿床所处的内外环境与充水条件、充水强度之间的内在　

联系，为在理论上分类奠定了基础。目前已有的分类既对我国复杂多变的矿床充水条件有高度的概　括，又明确多类型的基本水文地质特征，同时不同类型之间的界线也清楚，便于掌握应用，对于矿　

坑涌水量预测的选取方法起较大指导作用。　

１９９１年，国家技术监督局在吸纳《岩溶充水矿床水文地质勘探类型》和１９８２年地质矿产部颁　

发的《矿区水文地质工程地质普查勘探规范》的基础上，颁发了新的国家标准——《矿区水文地质　

工程地质勘探规范》（ＧＢ１２７１９－－９１）。根据该规范，将充水矿床分为３类：第一类，以孔隙含水层　

充水为主的矿床，简称孔隙充水矿床。第二类，以裂隙含水层充水为主的矿床，简称裂隙充水矿　

床。第三类，以岩溶含水层充水为主的矿床，简称岩溶充水矿床。进行矿坑涌水量计算时，必须先　

确定矿床充水类型，然后选择合适的公式进行计算。　

１　矿坑涌水量常用计算方法　

矿坑主要充水因素有露天采场的大气降水和地下水水源，次为地表水水源。矿坑露天开采时，　

大气降水可直接落入矿坑，成为矿坑充水的主要水源。矿坑涌水量与降雨量密切相关，雨季充水量　

增加，尤其暴雨对矿坑充水往往构成较大的威胁。对矿坑涌水量进行计算，通常的方法有比拟法径　流、解析法、集雨径流法等。　

对于露天开采的矿区，当开采矿体位于地下水位以上、且无地下水补给时，采用集雨径流法，　

直接利用矿坑集雨量计算，即由矿坑外围汇水区汇水量和大气降雨直接落人矿坑的水量两部分组　

成，按下式计算：　

Ｑ隆一Ｆ・Ａ・Ｗ　

式中：Ｑ降为矿坑集雨量（ｍ。／ｄ）；Ｆ为矿坑汇水区面积（ｍ　），Ａ为历年最大一日降雨量值（ｍ），　Ｗ为地表径流率（９／６），一般情况下，矿坑外围汇水区　取经验值，矿坑以内ｗ近似取１００　９／６。　

例如，某矿坑面积２００　０００　ｍ　，矿坑外围汇水区面积为６００　０００　ｍ　，矿区１０年最大日降雨量　

本文２０１３年５月收到。

　・　１３Ｏ　・　广东地质（２０１３）　

为０．３０　ｍ，地表径流率取８０　，计算得大气降雨落入矿坑的最大集水量为２０４　０００　ｍ。／ｄ；该水量　

可视为十年一遇的日集水量。　水文地质比拟法是用水文地质条件相似、开采方式相同的生产井巷中积累的水文地质资料来预　

计设计井巷的涌水量。对于附近有开采水平、开采矿床水文地质条件相似的新建矿山，矿坑涌水量　

计算一般根据水文地质条件相似的邻近的实际排水资料，采用比拟法来预测新建矿坑的涌水量，一　

般关系式有：在矿坑面积一样，计算不同中段涌水量的时候，用公式１：Ｑ２一［Ｑ　（２Ｈ２－－￥２）　

１＂２Ｓ。］／［（２Ｈ　－－Ｓ　）ｎｓ　］；在不同矿坑，面积不一样的时候，用公式２：Ｑ—Ｑｏ×ｌｎＳ／ｌｎＳｏ　

×　。　公式１中，Ｑ。为预测新建矿坑的涌水量（ｍ。／ｄ），Ｑ　为生产矿坑的涌水量（ｍ　／ｄ），ｒｚ　为新建矿坑的引用半径（ｍ），ｒ　为生产矿坑的引用半径（ｍ），Ｓｚ为新建矿坑设计水位降深　

（ｍ），Ｓ　为生产矿坑的水位降深（ｍ），Ｈ。为新建矿坑的水头值（ｍ），Ｈ　为生产矿坑的水头　

值（ｍ）。　公式２中，Ｑ为特定含水层的涌水量（ｍ。／ｄ），Ｑｏ为已知工作面实测最大水涌水量（ｍ。／ｄ），　

Ｆ、Ｆ０分别为待求工作面面积和已知工作面面积（ｍ　），Ｓ、Ｓ。分别为待求工作面及已知工作面的　

特定含水层最大降深（ｍ）。　

在一个工作面上，假设一组数据（表１），在不同中段的矿坑，满足公式１条件。根据表１数　

据，计算得到新建矿坑平均涌水量为２　０２５．４６　ｍ。／ｄ，最大涌水量为５　４８５．７１　ｍ。／ｄ。　

表１　生产矿坑与新建矿坑引用参数　

在不同工作面上，例如有个新矿山开采工作面为１９７　９９２　ｍ２，相邻矿山开采工作面为１１３　３００　ｒｎ２；　相邻矿山工作面开采过程中实测最大涌水量Ｑｏ一９１２　ｍ。／ｄ；新矿山及相邻开采矿山最大降深Ｓ、５。　

分别是３４３　ｍ、５０８　ｍ。通过与相邻矿山工作面开采时涌水量比拟，计算出新矿山工作面开采期间　

的最大涌水量是１　２７２　ｍ。／ｄ。　

针对一般报告采用解析法的“大井法”，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。　

采用解析法计算矿坑涌水量时，当矿坑的长度与宽度比小于１０时，视为辐射流，把复杂的进水　

边界概化成一个大井进行计算，统称大井法；当矿坑长度与宽度比大于ｌ０时，视为平行流，则　概化为水平廊道进行计算，统称廊道法。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。解析法又分稳定流解析法、非稳定流解析法，而稳定流里面又分紊流、混合流、层　

流，不同情况下对应计算公式不同。由于采用解析法，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，利用经验公式计算的承压水影响半径一般偏小，从而计算的　

矿井涌水量偏大。

　水文地质　・　ｌ３１　・　

２　矿坑涌水量的允许误差　

计算的矿井涌水量精度，分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ　５级。计算的矿井涌水量的允许误差：Ａ级　１０　９／６～２０　；Ｂ级２０　～４０　９／６；Ｃ级４Ｏ　～６０　；Ｄ级６０　９／６～８０　；Ｅ级８Ｏ　～９０　９／５。水源地勘　

探阶段，以提交Ｂ级地下水可开采量为主，固体矿产勘探阶段，则以提交Ｄ级矿坑涌水量为主。

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矿山涌水量计算总结

矿山涌水量计算总结

1 露天采矿场总涌水量计算

露天采矿场总涌水量是由地下水涌水量和降雨迳流量两部分组成。

一、地下水涌水量的计算

露天采矿场地下涌水量与地下开采矿坑地下水涌水量计算方法基本相同。

二、降雨迳流量计算

露天采矿场降雨迳流量，应按正常降雨迳流量和设计频率暴雨迳流量分别计算。

（一）计算方法

1、正常降雨迳流量（Qz）计算公式

Qz=FH

式中 F——泵站担负的最大汇水面积，m2；

H——正常降雨量，m；

——正常地表迳流系数，%。

2、设计频率暴雨迳流量（Qp）计算公式

Qp=FHp ′

式中 Hp——设计频率暴雨量，m；

′——暴雨地表迳流系数，%；

其它符号同前。

（二）计算参数的选取

1、汇水面积（F）的圈定 2 根据排水方式确定的排水泵站担负的最大汇水面积进行圈定。应包括露天境界内和境界外的地形分水岭或地表截水沟范围以内的汇水面积。

2、地表迳流系数的确定

地表迳流系数的选取，可根据采矿场岩石性质、裂隙发育程度和降雨强度大小等因素确定。

对于扩建或改建矿山，在具备实测地表迳流系数的矿山，应尽可能采用实测值。对于不具备实测条件的新建矿山，当有类似生产矿山资料时，应选用类似生产矿山的实测值。对缺乏上述资料的矿山，可选用地表迳流系数经验值。

1）生产矿山实测地表径流系数

国内部分生产露天采矿场地表径流系数实测值，见表1、表2、表3、表4。

2）地表径流系数经验值

当无实测资料可按表5选取地表迳流系数经验值。

表1 抚顺西露天煤矿1960年地表迳流系数实测值

降雨量(mm) 岩性 裂隙发育程度 迳流系数( )

365

(4天降雨量) 煤层

油页岩

玄武岩 中等

发育

[新版]矿山涌水量计算总结

[新版]矿山涌水量计算总结

露天采矿场总涌水量计算 露天采矿场总涌水量是由地下水涌水量和降雨迳流量两部分组

成。 一、地下水涌水量的计算

露天采矿场地下涌水量与地下开采矿坑地下水涌水量计算方法基

本相同。 二、降雨迳流量计算

露天采矿场降雨迳流量，应按正常降雨迳流量和设计频率暴雨迳流量分别计算。

（一）计算方法

1、正常降雨迳流量（Qz）计算公式 Qz=FH

式中 F——泵站担负的最大汇水面积，m2； H——正常降雨量，m；

——正常地表迳流系数，%。

2、设计频率暴雨迳流量（Qp）计算公式 Qp=FHp ′

式中 Hp——设计频率暴雨量，m； ′——暴雨地表迳流系数，%；

其它符号同前。

（二）计算参数的选取 1、汇水面积（F）的圈定 根据排水方式确定的排水泵站担负的最大汇水面积进行圈定。应

包括露天境界内和境界外的地形分水岭或地表截水沟范围以内的汇水面积。

2、地表迳流系数的确定 地表迳流系数的选取，可根据采矿场岩石性质、裂隙发育程度和

降雨强度大小等因素确定。

对于扩建或改建矿山，在具备实测地表迳流系数的矿山，应尽可能采用实测值。对于不具备实测条件的新建矿山，当有类似生产矿山

资料时，应选用类似生产矿山的实测值。对缺乏上述资料的矿山，可选用地表迳流系数经验值。

1）生产矿山实测地表径流系数

国内部分生产露天采矿场地表径流系数实测值，见表1、表2、表3、表4。

2）地表径流系数经验值 当无实测资料可按表5选取地表迳流系数经验值。

表1 抚顺西露天煤矿1960年地表迳流系数实测值

降雨量(mm) 岩性 裂隙发育程度 迳流系数( )

365

(4天降雨量) 煤层

油页岩 玄武岩 中等

发育 中等 0.4

0.4 0.55

表2 田庄露天铝土矿1964～1965年地表迳流系数实测值 降雨量(mm) 降雨汇水总量

(m3) 实测地表迳流量 地表迳流系数

( )

55

107 30

14.7 44000

26000 8250

矿井涌水量观测方法

矿井涌水量观测方法

矿井涌水量观测方法主要有以下几种:

1、容积法: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,m3

t——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,m2

H——水位回升的高度,m

t——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,m2

H——水位上升的高度,m

T——水位上升所需的时间,h(min)当H=0时,即水位不上升,则Q=KNW

4、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=K(F1+F2)/t*L 式中Q——涌水量,m3/h(m3/min)

F1——断面1的面积,m2

F2——断面2的面积,m2

t——从断面1到断面2的水流时间,h(min)

L——从断面1到断面2的水流距离,m

K——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。

矿井涌水量观测方法 2

矿井涌水量观测方法 2

矿井涌水量观测方法

矿井涌水量是矿山制定疏干排水设计的主要依据，是评价矿坑充水条件复杂程度的主要标志。做好矿坑涌水量的预测工作，对保证矿工的人身安全及矿山的安全生产十分重要。

地下开采一般要求观测各开采水平涌水量及全矿最大涌水量，而正确观测矿坑涌水量，首先要选对正确的方法，再用相应的公式进行计算。

关键词： 涌水量 观测方法 准确度

1、量桶容积法 当流量小于1 L/s时,常用此法。容器一般用量桶或水桶,为了减少测量误差,计量容器的充水时间不应小于20 s流量计算公式: Q=V/t

(L.s-) 式中V———容器的容积,L; t———充满容器的时间,s。

2、巷道容积法 在矿井发生突水时,利用水流淹没倾斜巷道的过程中,经常不断地测量巷道与自由水面相交断面面积(F=ab),用单位时间内水位上涨高度(H)来计算水量，

公式如下： Q=ab*H/t (m³.h-)

式中 H———t时间内水位上涨高度,m;

t———水位上涨高度为片时的时间,h;

a———巷道内自由水面的平均度,m;

b———巷道内自由水面长度,m。

当涌水较大，淹没巷道水沟时，可用此方法来测量巷道流水中水量

3、水泵排量法 观测过程：记录水泵的标牌排水量，计算水泵的运转效率，记录水泵 运转时间，记录临时水仓的水位变化，计算临时水仓的水面面积。

计算公式：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，m2 H-水位上升的高度，m

T-水位上升所需的时间，h(min)当H=0时，即水位不上升，则Q=KNW

4、浮标测流法 采用水面浮标的流水沟道地段及实测断面应符合下列要求: