浅议矿区矿坑涌水预测及分析

■马文国 马志强 张地

（青海有色地质矿产勘查局八队青海西宁810012）

浅议矿区矿坑涌水预测及分析

■马文国 马志强 张地

（青海有色地质矿产勘查局八队青海西宁810012）

矿坑涌水量预测是矿床水文地质勘查的根本任务之一，国内外常用解析法、大井法、数值模拟法、水均衡法、水文地质比拟法、相关分析法等来进行矿坑涌水量的预测。大井法因其简便常作为矿坑涌水量预测的方法，大井法适用于近似稳定流，常利用地下水井流公式进行计算，具有简便、适用性广等特点，对矿床的开发设计具有重要意义。

矿区矿坑 矿坑涌水量 预测及分析

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的水量。通常以每小时多少立方米表示。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。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。

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。

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联系在一起的。所以数学模型类型选择是否合理，可以从以下几方面来衡量：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，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——解析法与数值法和大井法为例做一讨论。

2.1解析法与数值法

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文地质条件与内外边界的节点参数、水位与流量来构造水文地质概念模型。

随着数学模型研究的不断进展，现代水文地质计算对水文地质模型的要求越来越高。目前，对复杂的大水矿床来说，一个可靠的水文地质模型的建立，必须贯穿整个勘探过程，并大致经历三个阶段。

第一阶段：通过对以往资料的整理，提出水文地质模型的“雏型”，作为下一步勘探设计的依据。尤其对大型抽（放）水试验的设计具有特殊重要的意义。

第二阶段：根据进一步勘探提供的各种信息数据。特别是大型抽(放)水资料，通过流场分析或数值模拟，完成对“雏型”模型的调整，建立水文地质模型的“校正型”。

第三阶段：在“校正型”的基础上，按开采方案给出疏干工程的内边界条件，根据勘探资料预测不同疏干条件下的外边界条件，建立水文地质概化模型的“预测型”。

2.2大井法

在实际工作中，大井法因其计算方便受到了广泛的使用。大井法是指把形状不规则的坑道系统圈定的面积用大井来等效代替，从而近似应用裘布依稳定流基本方程进行矿坑涌水量的计算预测。

模型建立：模型建立的关键在于将复杂实际问题进行概化。主要包括疏干流场的水力特征分析、边界条件的合理概化、各项计算参数的准确确定。

建立数学模型：分析疏干流场的水力特征：需要区分稳定流和非稳定流、达西流和非达西流、平面流和空间流、潜水和承压水。边界条件的合理概化：包括侧向边界、垂向边界、内边界的概化。

计算参数确定：渗透系数K，是公式中的主要参数，主要根据水文地质实验值作均值概化所得；引用半径r0，根据开采矿体在地面垂直投影为矩形a/b>10，（a、b分别为矩形的长短边边长）采用计算；大井引用影响半径；影响半径；竖井半径rw。

应该指出，不能把数学模型的解仅仅看作是一个单纯的数学计算，而应看作是对水文地质模型和数学模型进行全面验证识别过程，也是对矿区水文地质条件从定性到定量在回到定性的不断深化的认识过程。

3　矿坑涌水量预测的特点

虽然矿坑涌水量预测的原理方法与供水水资源评价类同，但其预测条件、预测要求与思路各有不同。

（1）供水水资源评价，以持续稳定开采确保枯水期安全开采量为目标；而矿坑涌水量预测则以疏干丰水期的最大涌水量为目标；

（2）矿床大多分布于基岩山区。含水质的非均质性突出。参数代表性不易控制；边界条件复杂、非确定性因素多，常出现紊流、非连续流与管道流。定量化难度大。

（3）矿山井巷类型及其分布千变万化，开采方法、开采速度与规模等生产条件复杂且不稳定，与供水的取水建筑物简单、分布有序、生产稳定形成显明对比，给矿坑涌水量预测带来诸多不确定性因素。

（4）矿坑涌水量预测多为大降深下推。此时开采条件对水文地质条件的改变难以预料和量化，这与供水小降深开采有明显差异。

（5）矿床水文地质勘探从属于矿产地质勘探，与专门性的供水水文地质勘探对比，前者一般投入小、工程控制程度低，预测所需的信息量相对少而不完整。

以上特点，决定了矿坑涌水量预测中存在诸多产生误差的客观条件，它属于评价性计算，为矿山设计及采前进一步专门性补充勘探提供依据。

[1]杜敏铭，邓英尔，许模.矿井涌水量预测方法综述 [J].四川地质学报，2009（01）.

[2]段俭君，徐会军，王子河.相关分析法在矿井涌水量预测中的应用 [J].煤炭科学技术，2013（06）.

[3]华解明."大井法"预测矿井涌水量问题探讨 [J].中国煤炭地质，2009（06）.

F416.1[文献码]B

1000～405X（2016）～4～189～1