矿井涌水量的计算与评述
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矿井涌水量的计算与评述
钱学溥
(国土资源部,北京 100812)
摘要:文章讨论了矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字。文章推荐了反求影响半径、作图法求解矿井涌水量的方法。
关键词:矿井涌水量;勘查;计算;精度级别;允许误差;有效数字
根据1998年国务院“三定方案”的规定,地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则(试行)》。该技术文件6.7款规定,地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定,计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为,认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差,不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要,而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下,也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面,围绕这一问题,对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字等方面,作一些论
述和讨论。
1 矿井涌水量与水文地质勘查
矿井涌水量比较大,要求计算的矿井涌水量精度就比较高,也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表1,可以作为部署水文地质工作的参考。
表 1 矿井涌水量与水文地质勘查
的矿山,如即将闭坑或是即将破产的矿山,即是这种多年生产的矿山。2多孔抽水试验,是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验,持续抽水几天。3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验,其抽水总量,一般要达到计算矿井涌水量的1/3~3/4,持续抽水几十天。4利用地下水动力学计算公式,计算矿井涌水量,就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。5数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等(参考钱学溥,娘子关泉水流量几种回归分析的比较,《工程勘察》1983第4期,中国建筑工业出版社)。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量,把矿井涌水量作为因变量。6数值法也就是计算机模拟,是通过利用计算机模拟地下水流场的变化,计算矿井涌水量的一种方法。7常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量,只考虑了含水层的导水性,没有考虑地下水的补给量。因此,只有进行了解析法和水均衡的计算,用地下水的补给量验证解析法计算的结果,计算的矿井涌水量的精度才能达到C级。
2 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件
2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法,是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。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。
2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式,恰恰相反,它的使用条件
是地下水没有补给,含水层分布无限,地下水影响半径不断向外扩大。
2.3由于采用大井法、集水廊道法,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,它的精度一般只有D级。
3 影响半径的计算
3.1计算影响半径的经验公式有很多,它们计算的结果有相当大的误差。如常用的库萨金经验公式对于裂隙水来说,计算的值一般偏小2~5倍。吉哈尔经验公式对承压水含水层,可以作近似的计算,但计算的结果一般偏小(参考《供水水文地质手册》第二册,地质出版社1977,第268页)。
3.2影响半径,处在矿井涌水量计算公式分母的位置,因此,计算的影响半径偏小,就会导致计算的矿井涌水量偏大。这是一般地质报告计算矿井涌水量偏大的
主要原因。
3.3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。为此,最好是利用实测的影响半径,或是利用大井法、集水廊道法公式反求
的影响半径,预算矿井涌水量。
3.4据甘肃省安新煤田大柳井田勘探报告,该井田开采侏罗系煤层。经实测,相距4000m的新周煤矿建井,水位已影响到大柳煤矿的井筒。估计影响半径可能有
5000m。
3.5内蒙古自治区东胜煤田王家坡煤矿距宏景塔一矿2km。王家坡煤矿利用实测
的资料,采用大井法公式,可以反求影响半径:
王家坡煤矿实测矿井涌水量=50m3/d,承压水头高度=64.82m,巷道系统面积=1800000m2, 承压含水层厚度=9.09m,砂岩承压含水层渗透系数
=0.0276m/d。巷道系统引用半径757m,大井引用半径,地下水承压转无压裘布衣公式。将上述数据代入公式,,,=3.7062,=5084m,4327m。
利用反求的影响半径4327m,采用大井法公式,可以预算宏景塔一矿的矿井
涌水量为154m3/d。
3.6内蒙古贺兰山煤田天荣五号煤矿,煤层较陡,采用水平巷道开采。井巷涌水量=400m3/d,水头高度=199.55m,巷道长度=2100m,砂岩厚度=56.5m,渗透系数=0.1275m/d,坑道内水层高度=0m。将上述数据,代入集水廊道单边进水承压转无压的公式,求得影响半径=6479m。
3.7长期开采条件下,承压水影响半径一般有3000m~5000m~7000m。
4 直接降落在露天采坑中的降水量()的计算
4.1直接降落在露天采坑中的降水量(),应有频率的概念,必须进行频率的
计算。
4.2根据一日最大降水量,通过理论频率的计算,计算直接降落在露天采坑中、不同概率的降水量,见表2、3、4及图1。
表2 一日最大降水量的计算
设,查皮尔逊III型频率曲线φ值表(参考《供水水文地质手册》第二册,地质出版社1977,第666~671页),计算不同频率的一日最大降水量如表3。
表3 不同频率的一日最大降水量计算
Table 3 Calculated the maximum precipitation for one day
年平均的一日最大降水量。频率为80%的一日最大降水量,相当5年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为90%的一日最大降水量,相当10年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为95%的一日最大降水量,相当20年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为99%的一日最大降水量,相当100年一遇的枯水年的一
日最大降水量。
图1 一日最大降水量频率曲线
Figure 1 Frequency curve of the maximum precipitation for one day
in different frequency
根据不同频率的一日最大降水量,计算直接降落在露天采坑中的降水量如表
4。
表4 直接降落在露天采坑中的降水量()