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一、矿坑涌水量预测的内容、方法、步骤与特点
(一)矿井涌水量预测的内容及要求
矿坑涌水量预测是一项重要而复杂的工作,是矿床水文地质勘探的重要组成部分。
矿坑涌水量是指矿山开拓与开采过程中,单位时间内涌入矿坑(包括井、巷和开采系统)的水量。通常以m3/h表示。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一,关系到矿山的生产条件与成本,对矿床的经济技术评价有很大的影响。并且也是设计与开采部门选择开采方案、开采方法,制定防治水疏干措施,设计水仓、排水系统与设备的主要依据。因此,在矿床水文地质调查中,要求正确评价未来矿山开发各个阶段的涌水量。其内容与要求包括可概括为以下四个方面:
(1)矿坑正常涌水量:指开采系统达到某一标高(水平或中段)时,正常状态下保持相对稳定的总涌水量,通常是指平水年的涌水量。
(2)矿坑最大涌水量:是指正常状态下开采系统在丰水年雨季时的最大涌水量。对某些受暴雨强度直接控制的裸露型、暗河型岩溶充水矿床来说,常常还应依据矿山的服务年限与当地气象变化周期,按当地气象站所记录的最大暴雨强度,预测数十年一遇特大暴雨强度产生时,可能出现暂短的特大矿坑涌水量,作为制订各种应变措施的依据。
(3)开拓井巷涌水量:指包括井筒(立井、斜井)和巷道(平、平巷、斜巷、石门)在开拓过程中的涌水量。
(4)疏干工程的排水量:是指在规定的疏于时间内,将一定范围内的水位降到某一规定标高时,所需的疏干排水强度。
对于地质勘探阶段来说,主要是进行评价性的计算,以预测正常状态下矿坑涌水量及最大涌水量为主。至于开拓井巷的涌水量预测和专门性疏干工程的排水量的计算,由于与矿山的生产条件密切相关,一般均由矿山基建部门或生产部门承担。
(二)矿坑涌水量预测的方法
根据当前矿床水文地质计算中常用的各种数学模型的地质背景特征极其对水文地质模型概化的要求,可作如下类型的划分:
(三)矿坑涌水量预测的步骤
矿坑涌水量预测是在查明矿床的充水因素及水文地质条件的基础上进行的。它是一项贯穿矿区水文地质勘探全过程的工作,一个正确预测方案的建立,是随着对水文地质条件认识的不断深化,不断修正、完善而逐渐形成的,一般应遵循如下三个基本步骤:
1. 选择计算方法与相应的数学模型
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,映证。选择时必须考虑三个基本要素:
(1)矿床的充水因素及水文地质条件复杂程度。如:位于当地侵蚀基准面之上,以降水入渗补给的矿床,应采用水均衡法;水文地质条件简单或中等的矿床,可采用解析法或比拟法;水文地质条件复杂的大水矿床,要求采用数值方法;
(2)勘探阶段对矿坑涌水量预测的精度要求;
(3)勘探方法、勘探工程的控制程度与信息量:如:水均衡法,要求不少于一个水文年的完整均衡域的补给与排泄项的动态资料;Q~s曲线方程外推法,要求具抽水试验的水位降达到预测标高水柱高度的1/2~1/3;解析法,要求勘探工程全面控制含水层的非均质各向异性、非等厚的结构特征及其边界条件与补给、径流与排泄,并提供数值模型的建立、识别、预测所需的完整信息数据,这些数据的获取,只有采用大型抽、放水试验对渗透场进行整体控制与揭露才可能做到。
因此,计算方法与相应数学模型类型的选择,与矿床的充水因素及水文地质条件复杂程度、勘探方法勘探工程的控制程度及信息量是相互关联的,统一在最佳技术经济条件这一原则下,所以数学模型类型选择是否合理,可以用以下标准衡量:
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;
二是对勘探方法勘探工程控制程度的适应性:指是否最充分的利用勘探工程提供的各种信息,即信息的利用率;同时,也可理解为所选数学模型要求的勘探信息是否有保证,即信息的保障率。
2. 构造水文地质模型
矿坑涌水量预测中数学模型的作用,是对水文地质条件进行量化,因此预测精度主要取决于对充水因素与水文地质条件判断的准确性,由于不同数学模型类型对水文地质条件的刻画形式与功能各异,因此必须按数学模型的特点构造水文地质模型,称水文地质条件概化。概化后的水文地质模型称水文地质概念模型,它在地质实体与数学模型之间起中介桥梁作用。下面以最基本的预测方法——解析法与数值法为例作一讨论。
(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。
解析法将复杂的含水层结构与内外边界,以理想化模式构造理论公式,因此必须按解析解要求进行概化。如含水层均质等厚,内外边界几何形态规则,边界供水条件简单、确定。
数值法以近似分割原理对复杂的含水层结构、内外边界条件进行量化“逼真”,概化时要求以控制水