矿井涌水量计算的方法

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

Table 1 Mine inflow and hydrogeological exploration

注：○1多年生产的矿山是指：开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，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HK

S R 2=对

R 值一般偏小2～5倍。

吉哈尔经验公式K S R 10=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R ，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

R 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Q =50m 3/d ，承压水头高度H =64.82m ，巷道系统面积0F =1800000m 2, 承压含水层厚度M =9.09m ， 砂岩承压含水层渗透系数

K =0.0276m/d 。巷道系统引用半径==

π

0F r 757m ，大井引用半径00r R R +=，

地下水承压转无压裘布衣公式0

0lg lg )2(366.1r R M

M H K Q --=

。将上述数据代入公式，

757lg lg 09.9)09.982.642(0276.0366.1500-⨯-⨯⨯=

R ， 88

.2lg 31

.41500-=R ，0lg R =3.7062，

0R =5084m ，=-=7575084R 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154m 3/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Q =400m 3/d ，水头高度H =199.55m ，巷道长度B =2100m ，砂岩厚度M =56.5m,渗透系数K =0.1275m/d ，坑道内水层高度0h =0m 。将上述数据，代入集水廊道单

边进水承压转无压的公式R

h M M H BK

Q 2)2(2

0--=，R =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（1Q ）的计算

4.1直接降落在露天采坑中的降水量（1Q ），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

Table 2 Calculated the maximum precipitation of one day