矿井涌水量计算的方法分析与研究

蔡晨光

（河钢集团矿业公司，河北 唐山 063000）

在矿井建设生产各个阶段，对矿井涌水量空间、时间变化规律展开动态化预测评价，是矿井水文地质工作重要项目。但因为涌水量影响因素相对较多且较为复杂，涌水量计算难度相对较大，所以做好涌水量计算方法选择与应用，已经成为了相关企业研究重点[1]。目前较为常用的计算方法主要以解析法以及比拟法等手段为主，对计算方式展开合理运用，做好涌水量计算与控制，是保证矿井正常生产的有效手段，值得展开深入研究[2]。

1 涌水量影响因素

在进行涌水量计算时，需要做好水量影响因素分析，以防出现计算精准度不高或者计算存在失误等方面的问题。

通过分析发现，矿井涌水量与以下几项因素有着密切关联：①降水量。经过研究发现，矿井涌水量和降水量有着密切关联，在深度较浅地段实施挖掘时，两者之间影响尤其明显，随着降雨量的变化，涌水量会出现随之改变或略有滞后的状况；②产量、开采面积。开采面积、产量的不断增加，加之含水介质空间与顶板含水层结构的改变，使得涌水量在对地下水静储量进行消耗的同时，还在接受地下水补给，所以涌水量会呈现出不断增加的趋势；③当采掘工作进入到中期阶段，地下水静储量已经所剩无几，此时地下水补给成为了矿井涌水的主要来源，涌水量会随着地下水接受补给量的平稳而出现逐渐稳定的状态；④地质构造。在进行矿井开采时，会对地质构造形成一定程度的破坏，会使地层原有完整性受到直接影响，导致空间、裂隙出现[3]。

2 矿井涌水情况及不同情况的费用计算

所研究矿场为冶金工业矿山，矿井涌水量现状以及相关费用计算方法如下：①该矿井下在建巷道施工中，由于巷道通过几处破碎带（已进行了100mm厚的永久喷砼支护）后，巷道出现多处淋水、散水，加大井巷排水压力，也严重影响正常施工，经项目部、监理单位和施工单位现场勘查并确定对该段进行注浆治水（由于巷道空间窄小，注浆作业时注浆站占道布置在巷道内，所以注浆时无法继续掘进和其他工作）。在计算相关费用时,若此情况造成无法继续掘进和影响其他工作连续超过24h时，应按辅助费说明第五条第3款计算辅助费补偿费。②因涌水量非常大，在长期的涌水过程中，马头门的基础坑中积聚了大量的淤泥、石块，工作人员在清理淤泥时无法准确判断淤泥坑的虚实，又因为马头门空间有局限性清淤设备无法进入，只能依靠人工使用铁锹及水桶进行清理（人工挖淤泥，通过0.5立方水桶提到井口）。③竖井掘砌过程中工作面有较大涌水，依据施工方案带水下掘，井筒形成后需要采用壁后注浆。在计算相关费用时,需要确认辅助费是否已包括此工作范围内容，若壁后注浆影响掘砌时或由此影响此段后续工作内容超过24h时，可参照辅助费定额说明第五条计算辅助费补偿费。

3 矿井涌水量计算方法

3.1 解析法

为对解析法应用展开详细分析，本文在此将以大井法为例，对矿井涌水量计算全过程展开深度探究。在运用大井法实施计算时，会将矿区水平坑道系统所占面积视为等价于理想的大井面积，坑道系统涌水量与大井涌水量相符。此种计算方式应用没有过多限制，可在各种坑道系统以及井巷中进行使用。

（1）基本原理。大井法是按照地下水动力学原理，运用解析方式对地下水运动规律偏微分方程展开计算的，会按照特定初值条件以及便捷，对地下水运动模型构建展开解析，进而实现对多种条件下的矿井涌水量测试。

（2）计算公式。在进行矿井开采时，矿坑地下水位的持续性降低以及排水疏干的不断进行，会使地下水承压水转变为潜水，所以矿坑涌水量计算应按照承压水-潜水含水层公式展开，具体公式如下：

其中Q代表矿井涌水量；K代表渗透系数；M代表含水层厚度；H代表水头高度；Ro代表引用影响半径，ro代表引用半径。

通过研究发现，矿坑所在含水层均值处于无限分布的状态，和天然水保持接近水平的位置，可遵从以下公式完成引用半径以及引用影响半径计算：

Ro=ro+R，R=10S；ro=F/π；F=a·b

其中b代表垮落区宽度；a代表工作面宽度；S代表水位降深值；F代表开采区面积。

3.2 比拟法

在实施冶金工业矿山开采过程中，某矿井施工面、矿坑排水每个月都保持着持续性增加的状况，其中在雨季排水量以及施工面增加最为明显。在运用比拟法实施涌水量计算时，需要结合收集资料，对矿井采掘工程平面面积与排水量关系展开分析，明确两者之间是否有密切关联，以便后续展开计算。经过分析发现，开采面积变化与涌水量之间的关联并不明显，开采总面积的不断提升，并没有引起涌水量持续性上升的状况，反而使其逐渐趋近于平衡的状态。因此可以判断，该矿井涌水增加量相对较少，处于较为正常的涌水状态，在雨季虽然其数值呈现出了持续性增加的状况，但所造成影响相对较低。

3.3 类比外推法

①水文地质比拟法。在运用此种方式实施涌水量计算时，会通过对与开采矿井相似矿井数据展开收集与分析的方式，对新建矿井涌水量展开预测与计算。此种计算方式运用存在一定限制，要求需要保证老矿井与新矿井条件的相似性与一致性。由于水文地质条件完全相同矿井相对较少，且即便各项条件完全相同，在开采时也会出现不同状况，所以此种计算方式只是一种近似计算手段，精准度相对较低，仅供参考使用。②相关分析法。运用相关分析法实施计算时，会通过对矿井水文地质资料的分析与整理，寻找出影响因素与涌水量间的关系，进而展开比拟公式建设，实施后续一系列计算。按照经验，在对矿坑涌水量展开计算过程中，实施多元复相关计算结果的准确度要远远高于单相关计算结果。一方面，应运用抽水资料实施外推计算，即在矿井勘探使其，通过对抽水试验成果的运用，展开数理统计，进而完成涌水量、水位降深以及井径回归方程计算，以通过此种方式完成未来开采水平涌水量计算；另一方面，运用矿山资料展开比拟计算，获得相应预测结果。

4 结语

本文所介绍涌水量计算方法并不全面，除上述几种外，还有人工神经网络法、有限元法以及能量方程法等，各矿井在具体进行涌水量计算时，需要按照矿井自身水文地质条件，通过客观的优劣分析，筛选出最为适合的计算方式，实现对涌水量的有效计算，以便制定出高水平、高质量的矿井生产、建设、防排水系统设计以及防水措施等方案，进而为矿井生产提供更加优质的服务，确保各生产工作都可顺利展开，不会受到涌水的较大影响，从而为矿井企业获取到更加客观的经济收益。