矿井水基础知识3.docx
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矿井水基础知识3
第三章涌水量的预算
当我们编制地质“三书”和矿井地质报告时，都需要计算涌水量，计算涌水量的方法很多，归纳起来大致可分为三类：
即水动力学法，统计法和模型模拟法。
下面介绍常用的几种方法。
一、大井法：
属于水动力学法中的解析法。
１、基本原理
当矿井排水时，在矿井周围含水层中形成以巷道系统为中心的具有一定形状的降落漏斗。
这与钻孔抽水所形成的降落漏斗十分相似，因此，可以将巷道系统分布范围假设为一个理想的“大井”，其截面积与巷道系统的分布面积相当，利用地下水动力学的井流公式来计算巷道系统的涌水量。
２、基本公式
⑴
、对于潜水：
Q=1.366K
或
Q=1.366K
⑵、对于承压水：
Q=2.73K
或
Q=2.73K
⑶、对于承压—无压水：
Q=1.366K
式中：
Q——预计的涌水量，（m3/d）
K——含水层的渗透系数，（m/d）
M——含水层的厚度，（m）
H——潜水含水层的厚度或承压含水层的水头高度（从巷道底板算起），（m）
h——巷道内的水柱高度，（m）
S——由于矿井排水而产生的水位降低值，（m）
R0——矿井排水的影响半径，R0=R+r0，（m）
r0——假想大井的半径（或称引用半径），（m）
R——含水层抽水时得出的影响半径，（m）
３、参数的选用确定
⑴、渗透系数（K）
预计矿井涌水量所选用的K值是通过抽水试验确定的。
由于含水层的非均质和抽水试验人为的误差，往往求得的K值在同一含水层中的不同地段差异很大，或同一抽水孔用不同方法和不同深度的资料所求得的K值出不相同。
在涌水量计算时，通常采用以下两种方法求得K值。
①、加权平均法，有以下三种情况：
a、当垂直方向渗透性有变化时，如彼此之间有水力联系的几个透水性不同的砂层、砾石层或坚硬裂隙地层等，应采用加权平均渗透系数，即
Kcp=
式中：
Kcp——含水层的平均渗透系数，（m/d）
Ki——某一含水层（含水组）的渗透系数，（m/d）
Mi——某一含水层的厚度，（m）
b、沿水平各向岩石透水性有变化时，渗透系数值可以同下式求得：
Kcp=
式中：
Li——不同方向渗透段的长度，（m）
c、对于平面非均质情况，即含水层在水平方向上渗透性有变化时，应作渗透系数分区图，采用下式计算渗透系数：
Kcp=
式中：
Ai——某块段的面积，（m2）
②、流场分析法
它是利用抽（放）水试验资料绘制等水位线图，然后根据流场特征，采用闭合等值线法及辐射流法计算渗透系数。
公式略，有兴趣的可以参考相关资料。
说明：
渗透系数K值也可按矿井实际涌水量来反求，再用来预计更深水平的涌水量。
⑵、含水层厚度确定
通常含水层厚度的确定，是根据钻孔简易水文地质观测、物探测井和抽水试验的成果分析确定的。
对于岩溶充水矿井，特别是巨厚层岩溶含水层充水的矿井，确定其厚度时，必须根据岩溶的发育规律及其富水性的变化，划分出强弱含水带，决不能把整个岩溶地层的厚度作为含水层的厚度。
计算时，分别计算各区含水层的平均厚度，最后用加权平均法求得矿区含水层的总体平均厚度。
MCP（HCP）=
式中：
MCP（HCP）——承压水（潜水）含水层平均厚度，（m）
Ai——某一计算区域的面积，（m2）
Mi（Hi）——承压水（潜水）含水层厚度，（m）
⑶、引用半径（r0）
在预计巷道系统的涌水量时，常常把矿井的形状复杂的巷道系统所包围的面积，看作以r0为半径的圆形大井的面积，r0称为引用半径。
由于矿井四周边界所包围面积的形状均不相同，因此可将其归纳为以下几种几何形状。
表3-1不同轮廓大井引用半径的计算方法（《矿井地质手册（下册）》）
采区或水平的形状
r0计算公式
说明
长条形
r0=s/4=0.25s
S为采区或水平长度;当宽/长→0时才适用
椭圆形
r0=（D1+D2）/4
D1、D2为椭圆长轴及短轴长度
矩形
r0=η（a+b）/4
a、b为矩形边长；η为系数，具体取值见表3-2
方形
r0=0.59a
a为方形边长
不规则圆形
r0=
a/b<2～3时采用；F为采区或水平巷道包围的面积
不规则多边形
r0=L/2л
a/b>2～3时采用；L为采区或水平的周长
表3-2矩形区域b/a与系数η的关系表
b/a
0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
η
1.00
1.12
1.14
1.16
1.18
1.18
⑷、影响半径（R）
①、计算砂岩类潜水层大口径井群抽水，或矿井巷道抽水初期的R值的经验公式：
R=2S
②、适用于承压水抽水初期确定R值的经验公式：
R=10S
③、根据单位涌水量和水位降深确定影响半径：
表3-3单位涌水量、单位水位降深与影响半径的关系
单位涌水量
（l/s.m）
影响半径
（m）
单位水位降深（S/Q）
（m/l.s）
影响半径
（m）
≥2
300～500
≤0.5
300～500
1～2
100～300
1～0.5
100～300
0.5～1
50～100
2.0～1.0
50～100
0.33～0.5
25～50
3.0～2.0
25～50
0.2～0.33
10～25
5.0～3.0
10～25
<0.2
<10
>5
<10
④、根据岩性确定影响半径
表3-4岩性与影响半径的关系
岩性
影响半径（m）
细粒砂
50～200
中粒砂
100～500
粗粒砂
400～1000
注：
在未进行抽水试验情况下，矿井排水时右参用表中数值
表3-5岩性、粒径与影响半径的关系
岩性
粒径（mm）
影响半径（m）
岩性
粒径（mm）
影响半径（m）
粉砂
0.05～0.1
25～50
极粗砂
1～2
400～500
细砂
0.1～0.25
50～100
小砾石
2～3
500～600
中砂
0.25～0.5
100～300
中砾石
3～5
600～1500
粗砂
0.5～1.0
300～400
粗砾石
5～10
1500～3000
注：
在经过连续几昼夜抽水情况下，矿井排水右参考表中数值
4、几点说明
⑴、“大井法”计算的涌水量多为巷道系统完全打开时的涌水量，一般要大于正常涌水，计算结果一般作为最大涌水量使用。
⑵、当首采区、首采工作面没有可比拟的条件时一般用“大井法”来预算其涌水量。
二、比拟法（统计法中的水文地质比拟法）
１、基本原理
以已知的水文地质条件类似矿区的水文地质资料，作为新区涌水量计算的依据。
２、计算方法
、一元比拟法
含水系数法：
含水系数采用下式计算：
单位面积法（开采面积起主要作用的矿井）：
单位开采面积水量按下式计算：
单位巷道长度法（巷道长度起主要作用的矿井）：
单位巷道长度水量按下式计算
单位降深法（降深起主要作用的矿井）：
单位降深水量，是指不同降深情况下的稳定涌水量除以降深。
如果已有多个水平的资料，可采用回归方法计算。
、多元比拟法
当涌水量及其相关因素有两个或两个以上时，或选用以下各式计算：
以上公式的关键问题是确定n，m。
可以采用长期观测资料，根据上节介绍的分组平均法或最小二乘法原理确定n，m。
如果资料不足，建议使用下式：
三、“四含”涌水量的计算
目前，矿区在进行四含水量计算时，多采用集水廊道法。
1、水平集水建筑物的类型
按空间位置分，有暴露型，隐藏型两种；
按揭露含水层情况分，有完整型，非完整型两种；
按排列方式分，有单个型，平行双个型和平行多个型。
按含水层性质分，有潜水型，承压水型和承压—无压型三种。
四含水量计算时，应该采用双侧进水，承压—无压，集水廊道计算模型。
2、计算公式
应该指出，采用上述公式并不完全符合实际水文地质模型。
因为当四含出水时，巷道系统并未进入含水层，最多是一个非完整型模型。
所以，预计的水量往往偏大。
四、老空区积水的估算
1、计算公式：
采空区积水量：
Q采=K·M·F/cosα,m3
老巷积水量:
Q巷=K·W·L,m3
式中:
K——采空区或巷道的充水系数；采空区一般采用0.25～0.5，巷道充水系数一般煤巷取0.5～0.8，岩巷取0.8～1.0；
M——采空区的平均采高，（m）
F——采空积水区的水平投影面积，（m2）
α——煤层倾角，（°）
W——积水巷道原有断面，（m2）
L——巷道长度，（m）
2、采空区充水系数（K）与采煤方法、回采率、煤层倾角、顶底板岩性及其碎胀程度、采后间隔时间等因素有关；而巷道充水系数则根据煤巷、岩巷和其成巷时间不同及维修状况而定。
因此，选择合理的充水系数是老空区积水量预计的关键。
五、探放老空水的几个涌水量计算公式
㈠、单孔放（出）水量估算
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