文档介绍：矿井涌水量计算中存在的问题及对策
Hohai University
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由于工作区地质水文地质条件本身的复杂性加上勘探、调查对水文地质条件认识的局限性、选择的计算方法、确定计算参数的合理性上存在欠缺以及矿区在开采、长期疏降过程中引起的水动力条件、边界条件发生很大变化等原因,导致预测涌水量偏离与实际偏差较大。从而会影响生产,有时甚至会造成淹井等重大经济和安全损失。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。
矿井涌水量是指矿山在开拓及开采过程中,单位时间内流入矿坑(包括井、巷和开采系统)的水量。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一,关系到矿山的生产安全与成本,对矿床的经济技术评价有很大的影响;并且也是开采设计部门选择开采方案、开采方法,制定防治疏干措施,设计水仓、排水系统与设备的主要依据。
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1、矿井涌水量预测计算方法研究现状
目前, 矿井涌水量计算方法繁多, 近年来也不断涌现出一些新的方法,但应用于生产实际中精度都不够理想。常见的矿井涌水量预计方法大致分为两类:
一类为统计分析方法:如水文地质比拟法、涌水量降深曲线方程法、相关分析法、时间序列分析法、人工神经网络法、灰色系统理论等。
另一类为确定性的数学模型法:其中具有代表性的方法为解析法、数值法、水均衡法等。
以上两类方法都有不足的地方:
第一类方法(统计分析方法)受限于实测资料的积累程度,只能用于地质和采矿工程条件具有相似性的矿井,而且无法考虑开采条件下影响矿井充水因素的动态变化,缺乏推广价值。
第二类方法(确定性数学模型法)如果水文地质参数不可靠,水文地质条件没有查清,或因水文地质情况复杂而条件概化不准确,都有可能直接导致计算结果出现大的误差。
水文地质比拟法是一种传统涌水量预计方法。它利用地质和水文地质条件相似,开采条件基本相同的生产矿井排水或涌水量观测资料来预测新建矿井的涌水量。当相似矿井拥有长期的水量观测资料,可以保证涌水量与各影响因素之间相关关系的可靠程度。比拟法主要有富水系数法和单位涌水量法。 (1)富水系数法:
式中,Q0为一定时期内排出的矿井涌水量,Ri为各个影响因素,可以是产量P0,采空区面积F0 ,采掘长度L0等。新矿井的矿井涌水量Q :
不确定性模型数学方法
水文地质比拟法
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疏干面积(F0)和水位降深(S0)通常是通常是矿井涌水量增大的两个主要影响因数。据相似矿井有关资料求得的单位涌水量平均值(q0),常作为预测新矿井在某个S和F条件下的涌水量Q的依据。单位涌水量q0的理想公式,是根据两典型条件建立的,即:地下水符合层流状态时,以裘布依公式的形式表示:
(2)单位涌水量比拟法:
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当涌水量与开采面积和水位降深之间呈线性相关时可按下式进行预测:
地下水符合紊流状态时,则以哲才克拉斯若-波里斯基公式的形式表示:
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当涌水量与开采面积和水位降深之间呈非线性之间的关系时可按下式进行预测:
式中:m,n待定系数,可用最小二乘法求的。
水文地质比拟法使用时要求新建矿井与老矿井的条件应基本相似,老矿井要有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表达式的可靠程度。
比拟法的优点在于能根据条件的相似性,用已开采矿井的涌水量来模拟测算另一个难计算的待测矿井的涌水量,大大简化了矿井水计算的工作量。
比拟法缺点在于受限于实测资料的积累程度, 在地质和采矿工程条件不具有相似性的其他矿井中, 则不能使用。还有, 在开采条件下影响矿井充水因素的动态变化没办法考虑周到时, 则不能使用该方法进行矿井涌水量预测。因此, 在使用比拟法时必须取得较全面的资料。
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Q~S曲线法
利用建立在抽水试验的基础上得到的Q~S曲线方程,来外推未来矿井设计水位的涌水量。因此要求试验条件尽量的接近未来开采条件。
Q~S曲线方程类型:
(1)直线型
(在承压含水层或厚度很大的无压含水层中做小降深的抽水时,Q~S曲线常呈近似的直线型。)
(2)抛物线型
(在含水层厚度大、分布广,补给条件好的矿区,涌水量长随降深的增大而增多,Q-S曲线呈现抛物线类型。)
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(3)幂曲线型
(4)对数曲线型
式中a、b均为待定系数
当矿区靠近隔水边界,或含水层规模较小,补给条件极差时,从抽水开始,就显示出随降深增大,涌水量增加很小的特征,Q-S曲线呈对数曲线类型。
在含水层规模有限,补给条件较差的矿区,开始时与抛物线类型相同,但水位降到一定深度以后,随