上窝石灰岩矿矿坑涌水量预测方法对比分析
矿井涌水量预测方法及适用性评价
02B «f T A N矿井涌水量预测方法及适用性评价张彩云(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西太原030006)摘要：本文介绍了数值法、解析法、水均衡法及水文地质比拟法四种矿井涌水量预测方法，并针对不同 的方法，进行了适用性评价的分析。
指出在进行涌水量预测时，应对矿井的条件加以仔细分析，采取适宜的方法。
关键词：矿井；涌水量；预测方法中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：1672-7487 (2018) 01-26-31 前言进行煤矿开采时，怎样更精确地对矿井涌水量加以预 测，是一直探索的问题。
很长一段时期以来，很多技术人 员及学者基于不同的理论及角度，对矿井涌水量预测做了 非常多的研究。
但现阶段，在矿井开采中涌水量预测的数 据和矿井开采中真实的涌水量数据依然有较大的误差，严 重时相差10倍以上。
造成误差的影响因素非常多，将这些因 素分成三类，即：未查明水文地质条件、预测时用的地质 参数没有代表性、未选用适当的数学计難型。
所以，进 行矿井涌水歸测时，对方法的选用是十分重要的。
2矿井涌水量预测方法2.1数值法2.1.1数值法願以及应用条件分析数值法属于近似计算方法，是基于计算机技术形成并 逐步发展的一种矿井涌水量预测方法。
数值法是对渗流偏 微分方程进行求解，得到一个相似解，即为矿井涌水量预 测值。
此方法的精度相对高，能用于相对复杂的一些矿井 涌水量预测中。
此方法应用在水文条件及含水层较为简单 的矿井中，能更有效地对矿井涌水量进行预测。
2.1.2数值法计算方法现阶段，应用相对广泛的涌水量预测数值法主要包含有限元方法及有限差分方法。
1)有限元方法。
此方法是将所求解的区域分割为有限 个相互不发生重叠的区间单元，在每一个单元中构建相应 的基础函数。
再对每一个单元构建相应的形状函数，将形 状函数当成近似解，然后采用最小势能的计算方法求节点 处的近似值，所得结果即为预测值。
2)有限差分方法。
两种不同方法下的矿井涌水量预测对比分析
两种不同方法下的矿井涌水量预测对比分析褚双燕;王中美;王亚维【摘要】水文地质参数影响矿井涌水,而在岩溶山区矿山中,含水介质的非均质性、各向异性特别突出,水文地质参数的获取难度很大.因此,文章以弱化水文地质参数的依赖性为目标,应用相关分析和灰色系统理论模型对老鹰山煤矿1995-2013年的矿井涌水量进行拟合,建立了回归方程模型和GM(1,1)模型,并利用2014-2016年数据对模型预测结果进行了验证.结果表明相关分析中老鹰山煤矿矿井涌水量与降雨量密切相关,相关系数为0.835,模型曲线显示是变化形态上的预测,预测模型的精度达87.19％;灰色系统GM(1,1)预测模型的精度良好为82.34％,适合于具有灰色特征的地质数据的模拟、控制和预测,模型曲线显示的是变化趋势上的预测;相关分析法比灰色理论法预测精度高.研究成果为岩溶山区矿井涌水防治提供可靠技术支撑.【期刊名称】《新疆大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】8页(P106-113)【关键词】矿井涌水量;相关分析法;灰色系统理论;预测模型【作者】褚双燕;王中美;王亚维【作者单位】贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TD4720 引言我国矿区水文地质条件非常复杂、防治水害任务异常艰巨，因此，对于矿井防治水技术研究不断探索，方法也在不断的发展改进.矿井涌水量是评价矿井开发经济技术条件的重要指标之一，同时也是制定矿山排水设计、选取开采方案及制定防治疏干措施的主要依据，矿井涌水量的预测将直接影响到矿山的生产安全和工程建设及采矿成本[1−3].目前，常用方法有水文地质比拟法、地下水动力学解析法、水均衡法、人工神经网络法等[1−11].这些方法对水文地质参数的依赖性强，而在岩溶区矿山内，含水介质的各向异性、非均质性特别突出，水文地质参数很难获取，故无法对矿井涌水量开展可靠性预测.近几年，有些学者采用人工神经网络法预测矿井涌水量，但是该方法在实际的勘查和生产中很少应用[12].相关分析法可适用观测资料较全的、开采多年的矿井，对于水文地质参数不确定性所引起的预测误差能够最大程度降低，弥补了水文地质勘查程度不高或参数缺乏的不足，提高预测可靠度.灰色系统是邓聚龙教授在1982年提出的概念，目的在于解决所获取的资料信息不确定性问题.在该系统下建立的模型弱化了信息完全不明确的影响，是理想的含有不确定性的数据的预测模型.相关分析和灰色理论两种方法对水文地质参数的依赖性弱，甚至可以不考虑水文地质参数的相关因素.1 研究区概况研究区地处贵州省六盘水市水城县境内，属长江流域乌江水系，矿区四周均有地表河发育，见图1，年降雨量一般为1 261 mm.研究区地形总体中间高，四周低，地貌类型为侵蚀—溶蚀低中山沟谷.矿区位于小河边向斜南西翼，出露二叠系峨眉山玄武岩组、龙潭组、三叠系飞仙关组、永宁镇组及第四系地层，以走向北东、倾向南东的单斜构造为基本构造形态，见图2.研究区地下水类型主要为赋存于永宁镇组灰岩的岩溶裂隙水，赋存于峨眉山玄武岩组、龙潭组砂页岩、三叠系飞仙关组泥岩的基岩裂隙水及第四系孔隙水.大气降水为区内地下水的主要补给来源，以泉排泄方式于沟谷地带排入地表河流.矿区内含煤地层为二叠系龙潭组，主采煤层为08#、11#、13#三层煤，平均厚度一般在66∼78 m，可采煤层总厚度一般在20～31 m.采用走向长壁后退式开采方式，矿井设计能力为90万吨/年，实际产量为55万吨/年.大气降水是矿床充水的主要因素.由于矿区开采历史悠久，小煤窑分布较多，矿区塌陷与采空区连成一体，地表裂隙较为发育，形成矿区的主要导水通道，主要体现在：矿井涌水量增加；老窑积水段对采掘生产造成很大威胁.因此为了煤矿的安全开采，矿区涌水量预测至为关键.图1 研究区水文地质简图Fig 1 Hydrogeological Map of the Study Area1-三叠系下统永宁镇组; 2-三叠系下统飞仙关组; 3-二叠系上统龙潭组; 4-二叠系上统峨眉山玄武岩组; 5-废弃小窑;6-滑坡; 7-塌陷; 8-矿区范围; 9-剖面线; 10-泉点.2 数据来源本文采用的相关分析法和灰色理论，以老鹰山煤矿实测1995—2016年的降雨量资料和每年的气象资料整理得到的数据进行模型建立，并预测该矿区2014—2016年的矿井涌水量.相关分析法通过建立回归方程，用剩余标准差σ对模型的适用性进行检验，灰色理论应用GM(1,1)模型拟合涌水量进行预测.图2 研究区水文地质剖面图Fig 2 Hydrogeological Section of the Study Area1-第四系; 2-三叠系下统永宁组; 3-三叠系下统飞仙关组；4-二叠系上统宣威煤组; 5-二叠系上统峨眉山组; 6-粘土; 7-玄武岩; 8-粉砂岩; 9-砂岩; 10-泥岩；11-灰岩；12-煤层；13-开采煤矿号；14-剖面方向；15-剖面产状.3 基于相关分析的矿井涌水量3.1 相关分析的解析矿井涌水量受多种因素的影响，这些因素间往往没有确定的函数关系，却存在着某种统计关系.本文应用相关分析法预测矿井涌水量，研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，这种关系是非确定性关系.运用这种方法建立的关系模型的最大优点是：避开了水文地质参数非确定性影响；通过分析因变量与自变量关系，建立矿井涌水量统计预测模型[13−16].利用数理统计[17]相关系数分析矿井涌水量与相关因素的密切程度.当相关系数r ≥0.8时，矿井涌水量与影响因素密切相关，可建立线性相关公式.3.2 相关程度分析根据1995—2013年矿区多年降雨量及矿井涌水量资料，见图3.矿井涌水量与降雨量分析结果表明，老鹰山煤矿的矿井涌水量与降雨量的相关系数为0.835，检验概率值为0.00，见表1，故煤矿矿井涌水量与降雨量之间显著相关.表1 矿井涌水量与相关因素降雨量的相关程度及显著性分析Tab 1 Correlation and Significance Analysis of Mine Water Inflow and Related Factors Rainfall 注：**表示在0.01水平（双侧）上显著相关.?3.3 回归方程的建立矿井涌水量与降雨量呈S形曲线相关，见图4.设矿井涌水量Q与累计降雨量X回归方程为方程建立后还需要对预测结果的精度进一步分析.剩余标准差σ显示了各实测点偏离回归方程的程度，可表示回归方程外推预报的精准程度.式中，σ为实际值与预测值的剩余标准差；为预测值；Qi为实际值.图3 1995年至2013年实际测得的降雨量与涌水量Fig 3 Actual Measured Rainfall and Water Inflow From 1995 to 2013图4 矿井涌水量与降雨量散点图分布Fig 4 Distribution of Mine Water Inflow and Rainfall Scatter Plot根据随机变量成正态分布的理论，将Q的观测值代入（3）式中.在回归方程中，87.19%的实际观测值都落在回归曲线两旁各一个剩余标准差的范围内，见图5.就是说任一实际值Qi落在（Q±σ）内的概率P为87.19%，可见，方程式预测的准确度较高.图5 老鹰山煤矿矿区涌水量预测结果-相关分析Fig 5 Prediction Results of Water Inflow in Laoyingshan Coal Mine Area-Correlation Analysis表2 2014年至2016年实测值、预测值及误差Tab 2 Measured Value, Predicted Value and Error From 2014 to 2016?从表2预测结果可见，预测精度是呈上下浮动变化的，主要原因在于该模型为单变量预测模型，但是影响涌水量变化的因素较多，随着季节的变化，矿区内影响因素动态变化大，数据不稳定，是导致预测结果误差变化的一个重要的因素.4 基于灰色系统理论的矿井涌水量预测4.1 灰色理论基本原理灰色理论基本原理是将离散的、随机的原始数据列进行累加处理，然后得到规律性强的累加生成序列，建模后，反推累减还原为预测值.灰色系统预测主要是基于GM(1,1)模型[18−20].在进行灰色系统建模前需要判断序列是否是光滑序列[18]，数据序列是否满足灰指数规律，然后采用微分拟合法为核心的建模方法.4.2 涌水量原始数据的预处理4.2.1 涌水量原始数据的非负序列设涌水量原始数据的非负序列为对Q(0)一次累加生成，得序列Q(1)4.2.2 光滑性检验原始数据序列的光滑程度[17]其光滑性越好，指数规律表现就越明显，预测模型就越精准，同时对于模型的科学性和适用性也就越有利.检验公式当t>3时，由式（4）计算得到ρ(k)值，见表3，都小于0.5，即δ=0.5，此时数据随机性强，呈近似指数增长规律，故满足建模要求.求级比当t>2时，由式（8）计算得到级比值，见表3，在区间[0，0.5]内，级比偏差δ<0.5，可建立Q(1)的预测模型.由于平滑度与级比偏差互为倒数，级比偏差值越小，则平滑度越大，说明光滑性也越好.4.2.3 紧邻均值生成序列以一次累加序列Q(1)为基础，构造背景值序列式中，W(1)(t)=u.Q(1)(t)+(1−u).Q(1)(t−1),t=2,3, (19)取u=0.5 时，W(1)(t)为紧邻均值生成序列.当t=2,3,···,19时，W(1)=(W(1)(2),W(1)(3),···,W(1)(19))=(332.004,231.264,···,165.564).表3 GM（1，1）模型数据分析Tab 3 GM (1,1) Model Data Analysis年份Q(0)/104m3 Q(1)/104m3 ω(1)/104m3 ρ（t）级比σ(1)（t）δ级比偏差1995年 332.004 332.00 1996年 231.264 563.27 447.6 0.70 1.70 0.70 1997年293.46 856.73 710.0 0.52 1.52 0.52 1998年 261.924 1118.65 987.7 0.31 1.31 0.31 1999年 228.636 1347.29 1233.0 0.20 1.20 0.20 2000年 323.2441670.53 1508.9 0.24 1.24 0.24 2001年 278.568 1949.10 1809.8 0.17 1.17 0.17 2002年 241.776 2190.88 2070.0 0.12 1.12 0.12 2003年 194.472 2385.35 2288.1 0.09 1.09 0.09 2004年 186.588 2571.94 2478.6 0.08 1.08 0.08 2005年 186.588 2758.52 2665.2 0.07 1.07 0.07 2006年 172.572 2931.10 2844.8 0.06 1.06 0.06 2007年 210.24 3141.34 3036.2 0.07 1.07 0.07 2008年 248.784 3390.12 3265.7 0.08 1.08 0.08 2009年 208.488 3598.61 3494.4 0.06 1.06 0.06 2010年 147.168 3745.78 3672.2 0.04 1.04 0.04 2011年 80.592 3826.37 3786.1 0.02 1.02 0.02 2012年 192.72 4019.09 3922.7 0.05 1.05 0.05 2013年 165.564 4184.65 4101.9 0.04 1.04 0.044.3 涌水量预测模型的建立及预测对Q(1)(t),t=1,2,···,22,有微分方程可得参数：a=0.035，u=299.696.对（10）式处理，得灰色方程取Q(1)(0)=Q(0)(1)，得预测公式得到序Q(1)的预测序列Q(1)，将Q(1)还原，可以得到序列Q(0)的预测序列4.4 预测检验在得到模型参数后，对模型的适用性进行检验，本文采用残差检验，通过各点的相对残差值，可以计算出预测模型的精度值P.精度等级：一级P ≥0.90为优秀；二级是0.80≤P <0.90为良好；三级是0.70< P <0.80为合格；四级是P ≤0.70为不合格.若P ≥0.8，模型通过残差检验；反之，则必须先修正模型使之满足精度要求，才可进行预测.该模型平均残差为17.66%，预测精度为82.34%，精度等级为良好.可用于预测老鹰山矿的矿井涌水量.获得相对应的实际涌水量和预测涌水量的动态变化曲线，见图6.2014年至2016年涌水量预测值，见表4.图6 实际涌水量与预测涌水量的动态变化曲线-灰色系统理论Fig 6 Dynamic Curve of Actual Water Inflow and Predicted Water Inflow-Analysis of Grey System Theory表4 2014年至2016年预测值Tab 4 2014 to 2016 Forecast时间预测值/104m3 2014年 151.43 2015年 146.23 2016年 141.235 两种模型结果对比分析灰色系统理论仅通过观测多年的矿井涌水量来建立模型预测未来几年的矿井涌水量，未考虑其他的影响因素；相关分析法的预测精度要比灰色理论的高，这是由于相关分析法为单变量预测模型，要考虑降雨量的影响.从模型本身我们无法看到影响涌水量的其他因素以及这些因素是如何影响涌水量的变化的.表5 两种方法矿井涌水量实测值的相对误差对比Tab 5 Comparison of Relative Error Between Measured Values of Mine Water Inflow by Two Methods时间灰色-相对误差相关-相对误差1995年 0.00% 15.75%1996年 22.45%13.58%1997年 10.90% 8.32%1998年 13.06% 5.68%1999年 26.55%18.06%2000年 4.99% 7.50%2001年 20.36% 13.89%2002年 28.40%28.30%2003年 21.15% 14.52%2004年 7.14% 0.42%2005年 3.83%6.16%2006年 20.03% 19.61%2007年 8.31% 5.11%2008年 17.99%25.20%2009年 35.06% 1.40%2010年 31.42% 25.60%2011年 51.15%16.51%2012年 5.61% 4.96%2013年 1.22% 12.72%6 结论针对老鹰山井田多年的开采，水文地质条件变化巨大、勘查程度不够全面、参数变异系数较大的特点，选用相关分析法和灰色理论预测井田内的矿井涌水量.本文利用SPSS软件对矿区内涌水量与降雨量的相关性建立预测方程及对方程预测精度分析.结果表明：区内涌水量与降雨量密切相关，相关系数为0.835，预测模型的精度达87.19%.灰色系统理论用于解决所获取的资料信息不确定性问题，本文用GM(1,1)模型计算量较小，并用残差检验计算出预测模型的精度值P为82.34%. 相关分析和灰色理论两种方法预测矿井涌水量的结果表明，相关分析的预测结果更为准确.灰色系统理论的GM(1,1)模型是一种单序列的一阶线性动态模型，是变化趋势上预测.相关性分析要考虑降雨量对矿井涌水量的影响，是变化形态上预测.这两种方法对水文地质参数的依赖性少，考虑了涌水量变化的随机性，都适用于长期的预测建模.但是未来对于如何更高效的利用数据结合数值模拟建立更为精准的模型，提高预测精度将会是我们之后的研究方向.参考文献：【相关文献】[1]郑世书, 陈江中, 刘汉湖.专门水文地质学[M].徐州:中国矿业大学出社, 1999.Zheng Shishu, Chen Jiangzhong, Liu Hanhu. 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13矿井涌水量预测
巷、斜巷、石门）在开拓过程中的涌水量。
疏干工程的排水量：指在规定的疏干时间内，将水位降到某
一规定标高时所需的疏干排水强度（疏干流量） 意义：它是对煤田进行技术经济评价、合理开发的重要指标， 也是设计和生产部门制订采掘方案，确定排水能力和防治措 施的重要依据。在矿区勘探和矿井建生产中有重大意义。
1 a
1 b
二、涌水量-降深曲线法（Q-S曲线法）
原理：根据稳定井流抽水试验资料建立涌水量与降深的
关系方程，根据勘探试验阶段与未来开采阶段水文地质 条件的相似性，外推预测未来矿井的涌水量。
优点：避开求取各种水文地质参数，计算简便
应用条件：避开了求取各种水文地质参数，计算简便，
适用于水文地质条件复杂且难于取得有关参数的矿井及 矿区。
n=2 抛物线 n>2 对数曲线
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图解法
1．作图法 观测历年最大涌水量和最大水位降深， 得（Ｑi，ｓi）（i＝ １,２,…,ｎ），在Ｑ─ｓ坐标系上投点，称散点图（或相关 图），用直尺凭视觉画大致平分散点的直线，量斜率和截距， 写方程。此方程因人而异，不唯一，误差大。
2．近似图作法 在散点图上平行于纵轴作直线ｅ 左右平分所有散点，再ｅ1平分右 边散点、ｅ2平分左边；同理，以 平分散点为前提作平行横轴的直线 ｈ、ｈ1、ｈ2。设ｈ1、ｈ2与ｅ1、 ｅ2的交点为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，按 散点展布趋势连Ｂ、Ｄ（或Ａ、Ｃ） 点，求出直线的斜率及截距，即可 图7-1 回归直线散点图 得回归方程Q=f（s）。
Q0 Fs Q F0 s0
优点：简单、应用方便。
有时涌水量随开采面积（或巷道长度）、水位降深的增加不具
有线性关系，但能用幂函数关系来比拟。
矿坑涌水量预测和防治
2 河流改道 当采掘工作遇到下列情况之一时，应考虑河流改道： 1）河流直接在矿体上方流过，对地下开采的矿床，采 用保留矿柱或充填法采矿仍不能保证安全或经济上不合 理； 2)河流穿越露天境界或 坑内开采崩落区，或排 水影响的塌陷区； 3)河流虽位于上述范围 之外，但因河水大量渗 入采区，对边坡或开采 有严重不良影响而又不 利于采用防渗措施。
Q0 q0 = F0 S0
式中q 生产矿坑单位面积 单位降深的涌水量， 生产矿坑单位面积、 式中 0 —生产矿坑单位面积、单位降深的涌水量，m3/d; Q0—生产矿坑总涌水量， m3/d 生产矿坑总涌水量， 生产矿坑总涌水量 F0—生产矿坑的开采面积， m2 生产矿坑的开采面积， 生产矿坑的开采面积 S0—生产矿坑的水位降低值，m 生产矿坑的水位降低值， 生产矿坑的水位降低值
第二章 矿坑涌水量预测和防治
重点：矿坑充水因素分析的内容和矿坑水害防治的措施。 前言
§1 矿坑充水因素分析 §2 矿坑涌水量估算 §3 矿坑水害防治 §4 矿床产和建设的影响
（1）在建井中，当涌水量超过每小时6M3时不加处理就会影 在建井中，当涌水量超过每小时6M 响井下作业和建井质量； 响井下作业和建井质量； 具有浸蚀性的矿坑水，能侵蚀矿山金属设备； （2）具有浸蚀性的矿坑水，能侵蚀矿山金属设备； 地下水的渗入能大大降低坑道的稳固性，增加支护费用； （3）地下水的渗入能大大降低坑道的稳固性，增加支护费用； 破坏露采边坡的稳定，造成崩塌或滑坡； （4）破坏露采边坡的稳定，造成崩塌或滑坡； 地下开采时如遇突然性大量涌水，要造成井筒、 （5）地下开采时如遇突然性大量涌水，要造成井筒、坑道及 采场的淹没，工人伤亡、设备损坏。 采场的淹没，工人伤亡、设备损坏。
石录铜矿矿区水文地质简图
某矿井水资源论证项目涌水量预测分析
《河南水利与南水北调》2023年第6期水文水资源作者简介：翟京召（1974.7—），男，高级工程师，主要从事水利水电工程建设与管理等方面的工作。
某矿井水资源论证项目涌水量预测分析翟京召（河南天龙检测有限公司，河南南阳473000）摘要：某地煤矿项目建成后，矿井水经过矿井水处理站处理后部分会用于生产系统，部分用于电厂和自来水厂，剩余部分矿井经厂区总排口排至附近河流中。
文章对矿井涌水量预测分析，为煤矿水资源论证回用、重复利用水分析，提供了可靠的支撑和依据。
关键词：水资源论证；涌水量预测；水文地质；分析中图分类号：TD742文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）06-0040-02Preast Analysis of Water Inflow of a Mine Water Resources Demonstration ProjectZHAI Jingzhao（Henan Tianlong Testing CO.LTD.,Nanyang 473000,China ）Abstract：After the completion of a coal mine project,part of the mine water is treated by the mine water treatment station and returned to the production system.Part of it is used for the power plant and water plant,and the rest of the mine is discharged into the nearby river through the main outlet of the plant.The prediction and analysis of mine water inflow provide a reliable support and basis for the demonstration and reuse of coal mine water resources.Key words：water resource demonstration;water inflow prediction;hydrogeology;analysis 1引言某地煤矿项目位于新郑市辛店镇赵家寨村，矿区东西长13.50km ，南北宽3.70km ，面积48.96km 2。
涌水量预测的解析法与数值法对比研究
涌水量预测的解析法与数值法对比研究矿井涌水量是矿井排水系统设计和防治水重要依据。
以朝克乌拉煤矿为例，采用解析法和数值法对研究区K1b2含水层涌水量进行预测，并进行对比分析。
对比结果表明，数值法更能体现开采过程中涌水量的动态变化过程，较解析法更能反映实际情况。
标签：涌水量预测；解析法；数值法0 引言矿井涌水量预测是煤矿水文地质工作的重要内容，其贯穿了矿床勘探、矿井建设和生产全过程。
目前矿井涌水量预测方法较多，由于各种计算方法适用范围存在差异，因此计算时应充分考虑矿区的地质及水文地质条件。
本文以朝克乌拉煤矿为例，在充分考虑矿井水文地质条件的基础上，分别采用解析法和数值法对朝克乌拉煤矿各工作面K1b2含水层涌水量进行预测，并对预测结果对比分析。
1 研究区水文地质概况根据区域水文地质资料，矿区从下至上概化为4个含水岩组，即2煤上部（K1b2）含水岩组、白垩系下统上部砂砾岩（K1b3）含水组、第三系孔隙承压含水岩组和第四系孔隙潜水含水岩组。
矿井主要的充水含水层为K1b2含水层，也是本次涌水量预测研究的目的含水层。
据含水层混合抽水试验资料显示，其单位涌水量为0.0161～0.0119 L/s·m，渗透系数为0.0597～0.0814 m/d，属弱富水含水层。
2 解析法预测矿井涌水量2.1 涌水量预测公式根据开采设计和实际水文地质特征分析可知，水压会降到隔水层顶板以下，水力性质会转为承压—潜水水流，故拟选择承压—潜水完整井水平坑道计算公式计算各工作面的涌水量。
其公式如下（1）（2）式中Q——工作面矿井涌水量（m3/d）；B——水平坑道长度，此处指各工作面长度（m）；S——水位降深（m）；M——承压含水层厚度（m）；R——水平坑道的影响深度（m）；H——承压水从最低开拓水平算起的水头高度（m）；K——含水层渗透系数（m/d）。
2.2 参数选取（1）渗透系数参数。
根据研究区在K1b2含水层的钻孔抽水试验资料，结合研究区实际情况，且考虑到利用解析法预测矿井涌水量的局限性和适用条件，取K=0.05 m/d。
中洞石灰岩矿区矿坑涌水量预测方法
５ ～ 一８ ｍ 灰岩 裂 隙 、 洞 不 发 育 ， 体 完 整 性 较 好 ， Ｏ ０ 溶 岩 可
（）松散岩类孔 隙水 ： １ 主要分布于矿区中部山间 凹地第 四系
冲洪积含卵石粉质粘土 和粉质粘土孔隙 中， 度 ３０ ￣４ ． ７ 厚 ． ０ ４ ７ｍ， 平均厚度 １ ． ５ 弱透水 ， ５ １ ｍ， 含水微弱 ； （）层状岩类裂隙水 ： ２ 主要分布于矿区北部中洞 山和东南部
向补给地下水 。补给区与径 流区基本 一致 。山丘地下水径 流距
离短 ， 在地形低 凹处 以侵蚀下降 泉排 泄于地 表 ； 天然状态 下地 下
流出区外 ；
水总的流向是由北 向南 西， 通过水 库大 坝 沟 口以地下径 流形 式 （ ）岩溶发育特征及 构造破碎带 的含、 ３ 导水性 ：
①岩溶发育特 征 ： 全区共有控 矿钻孔 ８ 个 ， 溶洞钻孔 ４ １ 见 Ｏ
维普资讯
总 第 １６期 ２ ２０ 第 １ ０ ６年 Ｏ期
西 部 探 矿 工 程
Ｗ ＥＳ Ｔ— ＣＨ Ｉ ＮＡ ＥＸＰＬ ０ＲＡＴ１ ０Ｎ ＮＧＩ Ｅ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ｓ ｒ ｓ Ｎｏ １ ６ ｅｉ ． ２ ｅ
０ｃ ． ０ ６ ｔ２０
文章 编号 ：Ｏ ４ ５ ｌ （ ０ ６ ｌ— ０ ５ —０ ｌ０— ７ ６２０ ）０ １２ ２
２ 地 下水 类型
不整 合 接 触 ， 埋 藏 型 岩 溶 水 ； 为 中部 多 为 第 四 系 土 层 所 覆
盖 ， 覆 盖 型 岩 溶 水 。标 高 一 ５ ｍ 以 上 灰 岩 裂 隙 、 洞 发 属 ０ 溶
育 ， 矿 坑 充 水 的 主 要 含 水 层 ， 均 厚 度 ６ ．３ ｍ； 高 为 平 ４ ４ 标
矿山露天开采矿坑涌水量预测问题探讨
矿山露天开采矿坑涌水量预测问题探讨作者：覃雪波来源：《科学与财富》2019年第19期摘要：矿区涌水量主要是由含水层性质、透水性、富水性等基本的自然条件决定的，他们也是预测涌水量需要着重考虑的因素，涌水量的预测也是保证矿山露天采矿安全性的重要保障。
基于此，本文将浅析矿山露天采矿的方式，通过矿坑补给条件对涌水量预测的分析，探寻涌水量的计算方法。
关键词：露天开采；矿坑；涌水量；分析；计算不可否认，矿山露天开采会对地下水产生一定的污染和破坏，这一过程会带来许多有害的废渣、废水，经过不同方式渗透到土壤，从而污染地下含水层和地下水。
矿山露天开采矿坑涌水量预测的准确程度关乎矿床的高质量工作和运作，有利于畅通矿山的排水，为安全生产保驾护航的同时，还可保证周边生活区域的安全饮水。
一、矿山露天采矿的方式一般来说，矿山露天开采是依据矿体的自然状况，主要分为露天顺坡和凹陷开采两种形式，矿体显露出的标高、侵蚀面相互对应区域不同，这对矿山露天开采所处位置的地下水也会产生差异化影响。
通过一定的技术手段、工艺顺序，用一定的开采工艺，将矿体外部岩石分离开，进而获取矿石。
矿山露天开采技术遵照施工的接连性，主要分为间断、半连续和全连续三种，其中间断式开采方式主要应用于地质矿岩的自然环境下，半连续式在硬岩地质矿岩施工中，增设了机器碎石的流程；全连续式开采工艺提高工作效率的同时，还推动了自动化安全开采方式的应用。
另外，使用何种开采方式主要依据露天采矿剥离具体时间与空间的合作[1]。
二、矿坑补给条件对涌水量预测的分析通常情况下，露天矿坑所产生的水主要来自矿床、土壤和岩石中存储的水，经过多种岩层通过不同岩层、岩体和不同途径进入矿坑的地下水的储量，有时还会涌现深层的承压水。
对此，在对露天矿区开采矿坑涌水量进行计算和预测时，可充分分析涌水因素危害的大小和持续时间长短，再根据矿坑水量，预测补给区域、界限和面积。
季节性降水为矿床补给了一定的水，也就推迟了矿坑涌水量排出的时间。
矿坑涌水量预测——涌水量Q—降深S曲线法
曲线Ⅴ：表示试验有误，也可能时在抽水过程中，原来被堵塞的空隙突然被疏通等导致 出现异常。
2、鉴别Q—S曲线类型，有二种方法 伸直法： 曲度法：用曲度n值进行鉴别，n值按下计算： n=(lgS2-lgS1)/(lgQ2-lgQ1) 当n=1时为直线，1＜n＜2时为幂曲线，n=2时为抛物线，n＞2时为对数曲线。 当n＜1时，则抽水资料有误。
课程小结：矿坑涌水量预测——涌水量Q—降深S曲线法 1、Q-S曲线法的原理与适用条件 2、Q-S曲线法计算方法步骤
一般要求：将试验井孔布置在未来开采疏干地段，试验孔的类型符合未来开采条件， 尽量采用大口径、大降深、长时间的抽水试验，以使水文地质条件充分显示。建立Q—S 方程才能反映未来的开采条件。建立Q—S曲线方程时，要求进行三次以上水位降低的抽 （放）水试验。外推范围一般不应超过抽水试验最大降深的2-3倍。
Q—S曲线法的优点是避开了求取各种水文地质参数，计算简便。它适用于水文地质条 件复杂且难于取得有关参数的矿井及矿区。
水文地质勘查技术
——矿坑涌水量 涌水量Q—降深S曲线法
矿坑（井）涌水量预测——涌水量Q—降深S曲线法 一、原理与适用条件 二、计算方法 步骤
一、原理与适用条件
涌水量Q—降深S曲线法：根据稳定井流抽（放）水试验资料建立涌水量与降深的关系 方程，根据勘探试验阶段与未来开采阶段水文地质条件的相似性，外推预测未来矿井的涌 水量。
二、计算方法 步骤
1、建立各种Q—S曲线方程：
Q—S曲线图分析：曲线形态
曲线Ⅰห้องสมุดไป่ตู้直线型，表示承压井流（或厚度很大，降深相对较小的潜水井流）；方程式： Q=aS
矿坑涌水量预测计算规程dz-t 0342-2020
矿坑涌水量预测计算规程DZ-T 0342-2020是中国地质矿产行业标准，主要用于指导矿山企业进行矿坑涌水量的预测和计算。
这个规程主要包括以下几个方面的内容：
1. 适用范围：本规程适用于金属和非金属矿山的矿坑涌水量预测和计算。
2. 基本要求：在进行矿坑涌水量预测和计算时，应遵循科学、合理、准确的原则，确保预测结果的可靠性。
3. 预测方法：本规程推荐采用水文地质比拟法、数值模拟法和实验法等方法进行矿坑涌水量预测。
具体选择哪种方法应根据矿区的水文地质条件、开采方式和生产规模等因素综合考虑。
4. 预测参数：在进行矿坑涌水量预测时，应收集矿区的水文地质资料，包括地下水位、含水层厚度、渗透系数、导水系数等参数。
这些参数的获取可以通过现场勘查、试验和历史资料分析等途径。
5. 预测模型：根据所选的预测方法和参数，建立矿坑涌水量预测模型。
模型应具有一定的通用性和适用性，能够反映矿区水文地质条件的特点。
6. 预测结果：根据建立的预测模型，计算出矿坑涌水量的预测值。
预测结果应具有可靠性和合理性，为矿山企业的开采设计和安全生产提供依据。
7. 监测与修正：在矿山开采过程中，应对矿坑涌水量进行实时监测，并将监测数据与预测结果进行对比，对预测模型进行修正和完善。
8. 报告编制：将矿坑涌水量预测的过程、方法、参数、模型和结果等内容编制成报告，作为矿山开采设计和安全生产的重要依据。
总之，矿坑涌水量预测计算规程DZ-T 0342-2020为矿山企业提供了一个科学、合理的矿坑涌水量预测和计算方法，有助于提高矿山开采的安全性和经济性。
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２ 矿 区水文 地质特 征 ２．１ 含水 层
矿 区地 下 含 水 层 共 ３层 ，分 别 为第 四 系松 散 堆 积 层 、碎 屑 岩类 和碳 酸盐 岩类 基 岩含 水层 ，其 地 下水 类 型 及各 含 水岩组 特征 分述 如下 ］：
（１）第 四 系松散 堆 积层 ：主要分 布 在矿 区中部 的岩 溶 盆地 ，厚 度 １．３～３．９ｍ，盆 地 中部 见 不 连 续 分 布 的 含 粘粒砂砾层 ，富水性 中等 ，以孔 隙潜水为主 ，接受大气 降水 人 渗 补 给 、地 表 水 渗漏 补 给 以及 周边 山地 基 岩 裂 隙水 的侧 向补给 ；盆地边缘 多为粘性土或含砂砾粘性 土 ，厚 度 ｌ￣１５ｍ，富水 性差 ，属 于相对 隔水 层 。
（３）碳 酸盐 岩类 含水 岩 组 ：主要 分 布在 矿 区 中部石 磴 子组 灰岩 、东 部 的刘 家塘 组 泥灰 岩 和 白云质 灰岩 ，为 裂 隙岩 溶水 。地 下水 径 流模数 为 ６．０～ｌ６．ＯＩ ／（ｓ·ｋｍ ）， 大泉流量达 ２８．３０Ｌ／ｓ，小泉流量小于 １０Ｉ ／ｓ，属 中等富 水含 水层 。 ２．２ 隔水 层
矿 区为一个 碳 酸 盐岩 类 裂 隙岩溶 水 文单 元 的一 部
收稿 日期 ：２０１８—０２—０２ 修 回日期 ：２０１８—０２—０２ 作者简介 ：李珊（１９７２一），女（汉族 ），广东梅县人 ，工程 师 ，现从事水Ｔ环地质技术工作 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２０１８年第 ５期
西部 探 矿工 程
１４５
分 ，东 西 两 侧 均 分 布 有 石 炭 系砂 页 岩 ，节 理 裂 隙 不 发 育 ，隔水作用 明显 ，为矿 区主要 隔水边界 。矿 区深部 （标 高 １０ｍ以下）发育 的石磴子组灰岩和刘家塘组泥灰 岩 、白云质灰岩 ，地层相对 完整 、节理裂 隙不 发育 ，溶 蚀 、溶沟 、溶洞也不发育 ，可视为矿区底部主要隔水层 。 ２．３ 地 下水 补给 、径 流 、排泄 条件
矿 区各含水 层 主要 补给来 源为大气 降雨 。现 阶 段 ，大气降雨一部分经 由地表流人矿坑 ，另一部分 向下 人渗至各含水层 。由于第 四系粘性土层及砂岩地层透 水 性 弱 、富水 性 差 ，矿 区 地下 水 资源 主 要赋 存 在 岩溶 含 水带 中 ，其 地 下 水 由地 势 高 向地势 低 方 向径 流 ，即在矿 区 内东 西 两侧 向 中间 、由南 向北 径 流 。排 泄 方式 为矿 坑 周 边 向矿 坑 低 洼 处 排 泄 ，以及 矿 区地 下 水 流 场 由南 向北 往 下游 排泄 。 ２．４ 矿 区岩溶 发 育特 征
（２）碎 屑 岩类 含水 岩 组 ：主要 分 布在 矿 区西 部 的测 水组 和东 部 的龙 江组 地层 ，多发 育 于浅部 ，以裂 隙水 为 主 ，表 层风化 裂 隙较 发育 ，主要 赋存 网状 裂 隙水 ，下 部为 脉状 裂 隙水 ，呈 不 连 续 分 布 。地 下 水 多 以 下 降泉 形 式 出露 于 沟谷 ，据 水文 调查 资 料 ，东部 龙 江组地 层 地表 出 露 泉 的流 量 ０．３３６～２．５５２Ｌ／ｓ，平 均 １．３０７Ｉ ／ｓ，属 于 弱～ 中等富水性含水层 。
１ 概 述
上 窝石 灰 岩 矿 位 于广 东 省 龙 门县 城 南 部 约 ２８ｋｍ 处 ，资 源储 量 ２９２７４．７４ｘ１０ ｔ，开 采 深度 ＋２３１．４～一３０ｍ， 矿 山 最 终采 坑 面 积 约 ２．６０１１ｋｍ ，开 采 深 度 至 ＋１Ｏｍ 时 将 形 成 采坑 面 积约 １．２７ｋｍ。，自 ２００９年 ５月投 人 生产 至 今 开 采深 度 至＋３９．Ｏｍ，已形 成 采 坑 面 积约 ０．４ｋｍ 。矿 区地 势 整体 上 东西 两侧 高 、中间低 ，东 西两侧 有 石炭 系 砂 页岩作 为 隔水 边 界 ，其 地 下水 径 流方 向为 由南 向北 ， 矿 区位 于分水 岭 的一侧 ，属地下 水 的径流 区 ］。
１４４
西 部探 矿工 程
２０１８年第 ５期
上窝石灰岩矿矿坑涌水量预测 方法对 比分析
李 珊
（广 东 省地 质局 第七地 质 大 队，广 东 惠州 ５１６０００）
摘 要 ：矿 坑 涌水量 预测 一 直 以来都是 制约矿 山开发 利 用及 安 全生 产的 一个 关键 问题 。以广 东省 龙 门县 上 窝石 灰岩 矿 为例 ，分 析 了矿 区水 文地 质基 本 特征 和矿 坑 充水 因素 ，分别 采 用 了水 文地质 比拟 法和 大井 法对矿 坑 涌水 量进 行预 测 ，并对计 算 结果 与 实 际情 况进行 了对 比分析 ，结果表 明采 用 大井 法预 测 矿坑 涌水量 更加 符合 实际 ，为矿 山后 续 涌 水量预 测 、准确制 定 疏干排 水 设 计 方案及 安 全 生产 提 供 了依 据 。 关键 词 ：水文地 质特征 ；矿 坑 涌水量预 测 ；水 文地质 比拟 法 ；大井 法 中图分 类号 ：Ｐ６４ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１００４—５７１６（２０１８）０５—０１４４—０３
预测 矿 坑 涌水 量是 矿 山制定 疏 干排 水 方案 的主要 依据 ，其预测结果的准确性直接影响到矿 山的开发利 用 与 安 全生 产 。为 了提高 矿 坑 涌 水量 预 测 的可靠 性 ， 必须充分研究影响矿坑涌水量计算的各类 因素 ，其 中 最 基 本 的 因素 之 一 是 矿 区水 文 地 质 特 征 ，另 一 个是 预 测 矿 坑 涌水 量 的计 算 方法 。 目前 预测 矿 坑 涌水 量 的 计 算 方 法很 多 ，主 要有 水 文 地 质 比拟 法 、水 均 衡 法 、数 值 法 和 解 析法 （大 井法 ）等 ，其 中水 文 地质 比拟 法 和 大 井法 因其基本原理与使用方法 简单易懂 ，故广泛应用 于 预测 矿坑 涌水量 。
本 文 以广 东省 龙 门县 上 窝石 灰岩 矿矿 坑 涌水 量 预 测为例 ，分别采用水文地质 比拟法和大井法对上窝石 灰岩矿矿坑涌水量进行计算 ，并对计算结果进行对 比 分析 ，最终确定涌水量大小和最佳涌水量计算方法 ，为 矿 山后续涌水量预测 、准确制定疏干排水设计方案及 安全生产提供了依据 。