防排水技术(2010-5-1).ppt

1、第三部分第三部分 矿坑涌水量定量评价矿坑涌水量定量评价地下水防治技术与方法地下水防治技术与方法定量评价目的定量评价目的预测地下施工阶段进入坑道系统的涌水量大小,为地下水防治提供依据 涌水量预测，涌水量预测对象涌水量预测对象 坑道涌水量、疏干排水量坑道涌水量、疏干排水量坑道涌水量坑道涌水量 在地下施工过程中，单位时间流入坑道系统的水量;m3/s;m3/min;m3/h;m3/d疏干排水量疏干排水量 在规定时间内，将地下水位降至预定深度所需的排水强度；m3/s;m3/min;m3/h;m3/dQ：坑道涌水量、疏干排水量区别与联系：坑道涌水量、疏干排水量区别与联系?一、定量评价目的与意义一、定量评价

2、目的与意义一、定量评价目的与意义一、定量评价目的与意义 是促进水文地质学发展的推动力是促进水文地质学发展的推动力涌水量定量评价是一个矿区勘查工作必不可少的内容；“条件分析勘探边界概化定量评价预测开采设计施工”是一个完整的系统工程，在后期开采过程中，涌水量大小是检验充水条件分析、定量评价方法选择正确与否最直接检验；是矿山设计部门必需的关键依据是矿山设计部门必需的关键依据各种防、排、治水方案的设计，排水设备的配备，排水方案的选择、确定等，均离不开涌水量评价！一、定量评价目的与意义一、定量评价目的与意义 是矿山技术、经济、环境问题评价时必须考虑的是矿山技术、经济、环境问题评价时必须考虑的主要因素主要

3、因素当矿床的储量、品位均符合要求，此时，涌水量的大小成为决定矿床开采与否的关键因素，需要从技术、经济和环境等方面进行综合的可行性评价；环境、生态以及社会效益等均与涌水量大小有关二、涌水量预测的现状与问题二、涌水量预测的现状与问题总体上讲，矿坑涌水量预测的准确度不高总体上讲，矿坑涌水量预测的准确度不高 据对我国55个重点岩溶充水矿床回访调查资料显示，预测值与实际值的误差比较结果是：n 50%的矿区占总数的 80%；n 极个别矿区的误差可到100倍。n 有些许多矿区基建到一半，因实际涌水量太大导致工程中途下马；即使部分勉强开工，排水费用过高，开采成本升高，市场竞争力降低；马坑铁矿涌水量预测结果比较

4、马坑铁矿涌水量预测结果比较福建八福建八队中国地中国地质大学大学误差差+300 m 预测预测实际涌水量涌水量八八队；地大；地大正常涌水量正常涌水量 （m3/d）1130019543 54.8%；21.8%雨季雨季矿坑涌水量坑涌水量（m3/d）11589203572500053.6%；18%+200m正常涌水量（正常涌水量（m3/d）193622719644.68%；22.2%雨季雨季矿坑最大涌水量坑最大涌水量（m3/d）20662287473500040.96%；17.8%二、涌水量预测容易出现的问题二、涌水量预测容易出现的问题n例 山东莱芜叶庄铁矿山东莱芜叶庄铁矿n 勘探阶段预测，预测50m水

5、平的涌水量 609m3/d;n大型放水实验过程地下水位从174m降到 59m，涌水量达到 10.6万 m3/d,比预 测值高出174倍！n例 河北杨二庄铁矿河北杨二庄铁矿n专门水文地质勘探阶段预测 100m 中段涌水量19万 m3/d；该报告未获批准通过；n补充勘探预测结果：同样开采水平预测涌水量0.5万m3/d,两次预测值相差32倍；n实际开采时的涌水量（100m中段）为0.1 万 m3/d;二、涌水量预测容易出现的问题二、涌水量预测容易出现的问题造成矿坑涌水量预测准确度不高原因归纳为如下几方面：造成矿坑涌水量预测准确度不高原因归纳为如下几方面：1.水文地质条件认识不清，水文地质问题暴露不充

6、分水文地质条件认识不清，水文地质问题暴露不充分 水文地质勘探工作仅局限于矿体附近，对矿区地下水边界、地下水补径排条件、开采前后的变化状况等均未查清；如叶庄铁矿、杨二庄铁矿等类2.计算方法选用不当，脱离具体条件计算方法选用不当，脱离具体条件例 山东张马屯铁矿:利用单个抽水孔资料预测：（最大降深4.77m，K=21.81m/d），依此进行外推214m中段涌水量为3.15万m3/d (降深200m);但放水试验结果表明，涌水量高达24.9万m3/d，比预测值高了7倍；违反了外推法的一般准则，抽水试验规模太小，并没有充分“暴露”该矿区充水条件二、涌水量预测容易出现的问题二、涌水量预测容易出现的问题造成

7、矿坑涌水量预测准确度不高的原因归纳为如下几方造成矿坑涌水量预测准确度不高的原因归纳为如下几方面（续）面（续）：3.勘探工作布置没有考虑涌水量预测的需求 设计和步骤勘探工作时，并未考虑矿坑涌水量计算的需要，致使勘探的大量数据很难利用，边界的控制、上下含水层的联系，地下水与外界的联系、等水位线图无法获得等；只能套用公式，预测的准确度自然不高。4.没有很好利用新技术、新方法、新模型 水文地质人才不足，专业素养不够，时间与人力物力等也投入不够（一般都没有进行大型、群孔的抽水试验）。三、矿坑涌水量预测的一般步骤三、矿坑涌水量预测的一般步骤 一般应遵循如下三个基本步骤一般应遵循如下三个基本步骤 条件概化建

8、立正确的水文地质模型选择合适的计算方法与数学模型 模拟、计算与结果分析评价1231.建立正确的水文地质概念模型建立正确的水文地质概念模型准确预测涌水量的关键取决于正确判断充水条件按数学模型的要求来简化实际水文地质条件，得到某种在数学上可以描述的概化模型该过程称水文地质条件概化。概化后的水文地质模型 水文地质概念模型，它是地质实体与数学模型之间的“桥梁”。（1）概化已知状态下的水文地质条件；（2）给出未来开采状态下的内边界条件；（3）预测未来开采状态下的外边界条件。一个可靠水文地质模型的建立，必须贯穿整个勘探一个可靠水文地质模型的建立，必须贯穿整个勘探过程，并大致经历三个阶段。即：过程，并大致经

9、历三个阶段。即：第一阶段：通过对区域及勘探资料的整理，提出水文地质模型的“雏型”，作为下一步勘探设计的依据。尤其对大型抽（放）水试验的设计具有特殊重要的意义；第二阶段：根据进一步勘探提供的各种信息数据。特别是大型抽(放)水资料，通过流场分析或数值模拟，完成对“雏型”模型的调整，建立水文地质模型的“校正型”；第三阶段：在“校正型”的基础上，按开采方案给出疏干工程的内边界条件，根据勘探资料预测不同疏干条件下的外边界条件，建立符合实际的预测模型。2.选择合适的计算方法与数学模型选择合适的计算方法与数学模型建立或选择与水文地质概念模型相适应的数学模型；什么是相适应的模型？一是对矿床水文地质条件的适应性

10、：指能否正确刻画水一是对矿床水文地质条件的适应性：指能否正确刻画水文地质条件的基本特征；文地质条件的基本特征；二是考虑与勘探阶段的适应性（是否可充分利用勘探数二是考虑与勘探阶段的适应性（是否可充分利用勘探数据信息；所选数学模型要求的勘探信息是否有保证）据信息；所选数学模型要求的勘探信息是否有保证）。详勘阶段均要求选择2个或2个以上的计算方法，以相互检验和映证。3.3.模拟、计算与结果分析评价应该指出：不能把数学模型的解仅仅看作是一不能把数学模型的解仅仅看作是一个单纯的数学计算，而应看作是对水文地质模个单纯的数学计算，而应看作是对水文地质模型和数学模型进行全面验证识别过程，也是对型和数学模型进行

11、全面验证识别过程，也是对矿区水文地质条件从定性到定量在回到定性的矿区水文地质条件从定性到定量在回到定性的不断深化的认识过程。不断深化的认识过程。不能仅仅依靠模型与观测数据资料拟合程度的简单比较！4、矿坑涌水量预测的特点、矿坑涌水量预测的特点(与水资源定量评价比较与水资源定量评价比较)1.水资源评价:以持续稳定开采确保枯水期安全开采量为目标；而矿坑涌水量预测则以疏干丰水期的最大涌水量为目标；2.参数不易控制参数不易控制：矿床大多分布于基岩山区，含水介质非均质性突出、边界条件复杂，参数代表性不易控制；非确定性因素多；3.内边界条件复杂内边界条件复杂：矿山井巷类型及分布千变万化，开采方法、开采速度与

12、规模等生产条件复杂且不稳定，与供水的取水建筑物简单、分布有序、生产稳定形成显明对比，给矿坑涌水量预测带来诸多不确定性因素。4.水文地质条件可能变化大水文地质条件可能变化大：开采条件对水文地质条件的改变难以预料和量化，这与供水小降深开采有明显差异。四、几种常用的涌水量预测方法四、几种常用的涌水量预测方法水文地质比拟法水文地质比拟法 相关分析法相关分析法水均衡法水均衡法 解析法解析法 数值法数值法 请回忆水资源定量评价常用的有几种方法？请回忆水资源定量评价常用的有几种方法？1.水文地质比拟法概念 利用充水条件相似，开采条件相似的矿区生产资料，预测新矿区或下一开采水平的矿坑涌水量；特点是一种半定量的

13、经验半定量的经验方法n以稳定流稳定流为基础；n在涌水量计算时，比拟关系式的确定、比拟的因子选择等带有人为性，这些取决于应用者对矿区充水条件的认识程度（经验）；计算结果是一种近似值n水文地质条件、开采条件完全一致的矿区是不存在的比拟法之一比拟法之一 排水系数法排水系数法 排水系数的概念排水系数的概念Q0一定时间段内的矿坑涌水总量（一定时间段内的矿坑涌水总量（m3）；P0 同时间段内矿的开采量（同时间段内矿的开采量（T）;K0=单位采矿量的排水量（m3/T）;应用形式应用形式 设Q1、P1分别为新矿区或新水平条件下的涌水量和开采量 Q0/P0=Q1/P1 Q1=（Q0/P0）P1 问题：条件要求苛

14、刻，故应用不多不仅水文地质条件相似，开拓进度、采矿技术要求基本一致不仅水文地质条件相似，开拓进度、采矿技术要求基本一致排水系数值受人为因素影响大排水系数值受人为因素影响大比拟法之二比拟法之二 单位涌水量法单位涌水量法单位涌水量的概念单位涌水量的概念单位开采面积，单位降深的涌水量，即单位开采面积，单位降深的涌水量，即 q=Q/(FS)nq 单位涌水量，无量纲；单位涌水量，无量纲；nQ一一 矿坑涌水总量（矿坑涌水总量（m3）；nF开采面积（开采面积（m2）;nS地下水位降深（地下水位降深（m）;应用：应用：方法一：方法一：n假定单位涌水量为常数假定单位涌水量为常数n设两个矿区（两个开采水平）的涌水

15、量、开采面积与降深分别为：设两个矿区（两个开采水平）的涌水量、开采面积与降深分别为：Q1、Q2、F1、F2、S1、S2，则，则n Q1/(F1 S1)=Q2/(F2 S2)Q2=Q1 （F2/F1）（S2/S1）n该公式表示某种线性关系、仅适用于稳定流状态；该公式表示某种线性关系、仅适用于稳定流状态；比拟法之二比拟法之二 单位涌水量法单位涌水量法应用（续）应用（续）方法二：方法二：n单位涌水量为常数的情况在实际中很难见到，为此对其作了如下改进：单位涌水量为常数的情况在实际中很难见到，为此对其作了如下改进：n设两个矿区（两个开采水平）的涌水量、开采面积与降深分别为：设两个矿区（两个开采水平）的涌

16、水量、开采面积与降深分别为：Q1、Q2、F1、F2、S1、S2，则，则m,n为待定系数，需要通过对涌水量与开采面积、降深的统计关系进行取值。水文地质比拟法的优缺点水文地质比拟法的优缺点优点优点方便灵活、简单、经济方便灵活、简单、经济回避求取水文地质参数的复杂过程回避求取水文地质参数的复杂过程适用于水文地质条件较简单、且变化不大的地区；适用于水文地质条件较简单、且变化不大的地区；不足不足要求条件相似的情况下应用，限制了应用范围；要求条件相似的情况下应用，限制了应用范围；公式的提出，建立，多以经验为基础，人为影响成分大；公式的提出，建立，多以经验为基础，人为影响成分大；预测结果往往偏大，特别是对于线性关系假设的情况；预测结果往往偏大，特别是对于线性关系假设的情况；只能在稳定流或似稳定流状态下应用；只能在稳定流或似稳定流状态下应用；2.Q2.QS S 曲线法曲线法Q-SQ-S曲线法曲线法根据抽（放）水试验资料，建立涌水量（根据抽（放）水试验资料，建立涌水量（Q）与降深（）与降深（S）的）的Q-S曲曲线方程，根据试验阶段与未来开采阶段条件的相似性，利用线方程，根据试验阶段与未来开采阶段条件的相