比拟法计算涌水量公式

比拟法计算涌水量公式(一)
矿山涌水量计算公式

地下水涌水量的经验公式法

一、涌水量与水位降深关系曲线法

采用这种方法的基本条件，是预测地区与试验地区的水文地质条件基本相似，同时，要有三个或三个以上的稳定降深和阶梯流量抽水试验资料。根据实践，应用上部水平排水或坑道放水试验资料预测深部水平涌水量，能取得很好效果。同时也司用于水文地质条件相似的邻近矿区的矿坑涌水量计算。

这种方法与竖井涌水最计算经验公式法类似，也需将抽（放）水试验的Q=f（s）图形由曲线关系转换成直线关系，然后推算矿坑总涌水量。为了易于确定变换后的直线关系，可将抽水试验的Q、S资料按表1的要求进行整理。

表1 用于图形转化的抽（放）水试验资料整理

二、水文地质比拟法

这种方法是用类似水文地质条件矿山地下水涌水量的实际资料，来推求设计矿山的涌水量。多用于扩建或改建矿山。对于新建矿山，若相邻地区有类似条件的矿山，亦可应用。新设计的矿山与所比拟的矿山的地质、水文地质条件相似，是使用本方法预计目坑涌水量的基础。因此，对相似水文地质条件的生产矿山，应作如下主要方面的调查：

矿山地质、水文地质条件，坑道充水岩层的特征，坑道涌水量、水位降深与开采面积的关系等等。

一般常用的比拟法计算式见表2。

表2 水文地质比拟法计算公式

三、相关分析法 （一）相关关系的概念

相关分析是一种处理变量间的相关关系的数理统计方法。变量之间的关系可分为两种类型，一是完全确定的关系，即函数关系；另一种类型是变量之间存在联系，但是又不能由一个或几个变量的数值精确地求出另一个特定变量的值，这类变量之间的关系称相关关系。 （二）顶计矿坑水童的步骤

相关分析法是一种数理统计方法，它根据一系列的实测资料，研究影响矿坑涌水量因素之间的规律性的，所以必须要有相当数量的观测资料。

计算的步骤是在掌握矿坑涌水量主要的影响因素的基础上，确定相关线型。如系曲线型，则需根据不同类型曲线用不同变数代换，化为直线，（具体作法见表3-5），求出回归方程式和相关系数。当确定涌水量对某影响因素的回归方程后，只要将预计情况下的影响因素值代入回归方程，便可计算出预计的矿坑涌水量。

表3 回归方程的变换方法

表4 单相关计算

注：y1、y2……yx和x1、x2……xn是代表两种现象（如涌水量Q与水位降深S或其它）的两组观测值。

表5 二元复相关计算

注：x1、y2……xn；y1、y2……yn和z1、z2……zn是代表各种现象（如涌水量Q、水位降深S和影响半径R或其他）的观测值。 （三）相关指数R的确定方法

对于直线相关的两个变数，可用相关系数r衡量其相关的密切程度。

对于曲线相关，情况稍有不同，此时是将原有的变数X，Y进行变数代换，变成X，Y后再行相关计算的，此时的相关系数r仅仅表示新变数X和Y的线性关系的密切程度。但要求的是新配曲线与观测数据配合较好，可以用相关指数R作为衡量配曲线效果好坏的指标。

2

2

R称为曲线相关的相关系数，它和线性相关系数r不是一回事。R（或R）愈大（愈接近1），表明配曲线的效果愈好。

另外还可以用回归线的均方差Sy衡量配曲线的效果，均方误差Sy愈小，配曲线的效果愈好。均方误差Sy的计算见表5及表6。 （四）相关分析特征数 相关分析特征数见表6。

表6 相关分析特征数

22

比拟法计算涌水量公式(二)
地下水涌水量公式法

比拟法计算涌水量公式(三)
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

1

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，如注：○

2多孔抽水试验，即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。○是指带观测孔3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。○4利的抽水试验，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。○

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

5数理统计包括一元线性回归、是常用的解析法。○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，

6数值法也就是计算机模拟，把矿井涌水量作为因变量。○是通过利用计算机模拟地下水流场7常用的大井法、的变化，计算矿井涌水量的一种方法。○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。【比拟法计算涌水量公式】

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。

2【比拟法计算涌水量公式】

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R2SHK

对

R值一般偏小2～5倍。

吉哈尔经验公式R10SK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=50m3/d，承压水头高度H=64.82m，巷道系统面积F0=1800000m2, 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r0

F0



757m，大井引用半径R0Rr0，

地下水承压转无压裘布衣公式Q

1.366K(2HM)M

。将上述数据代入公式，

lgR0lgr0

50

1.3660.0276(264.829.09)9.0941.31

， 50，lgR0=3.7062，

lgR0lg757lgR02.88

R0=5084m，R5084757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Q=400m3/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h0=0m。将上述数据，代入集水廊道单

3【比拟法计算涌水量公式】

(2HM)Mh02

边进水承压转无压的公式QBK

2R

，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（Q1）的计算

4.1直接降落在露天采坑中的降水量（Q1），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

4

注：根据满洲里市气象局1983～2005年，连续23年观测的每年一日最大降水量。

HP

H941.9(K1)24.439

40.95 n23 CV0.45 n23n122

设CS3CV1.35，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

in different frequency

注：频率为50%的一日最大降水量，相当2年一遇的一日最大降水量，也就是多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。

5

比拟法计算涌水量公式(四)
芜湖太平铁矿涌水量预测

　　【摘要】采用“大井法”和“比拟法”分别预测矿井涌水量，选用推荐值作为矿井正常和最大涌水量；此外，综合考虑矿井安全和经济因素，给出相应设防涌水量，为矿井排水系统升级改造提供参考依据。

　　【关键词】大井法；水文地质概念模型；设防涌水量
　　0 前言
　　芜湖太平矿隶属芜湖市鸠江区沈巷镇管辖，属小型铁矿床，目前处于初期生产阶段，据矿山目前井巷工程揭露情况，矿、岩均不太稳定，且上接第四系，井下涌水量大，动水补给量充足，顶底板岩石破碎，属水文地质条件和工程地质条件均复杂的大水矿山。该矿曾多次发生井下突水，突水量大、水势凶，最大突水量达1400m3/h，严重影响人员生命安全及矿井正常生产，矿井生产将面临严峻的水害威胁。因此，矿井防治水是本矿各项生产工作中的重中之重，而矿井涌水量预测则是首要问题。
　　1 矿井概况
　　矿体埋深一般在50m～188m，建成-135m、-153m 、-185m三个中段，采用竖井开拓，嗣后充填房柱式采矿法开采。
　　2 水文地质条件
　　井田内第四系埋藏厚度大，富水性强；矿床埋藏较深，矿体及其顶板岩层富水性中～强，巷道直接进水，水压较大；裂隙岩溶含水层与第四系含水层之间虽有厚度0～26m弱透水岩层起到相对隔水作用，但在构造裂隙及岩体接触带裂隙发育处或该层变薄尖灭处，往往是第四系强含水层与裂隙岩溶含水层沟通的有利通道。综上，本矿床以顶板（徐家山组（T2x）大理岩）岩溶裂隙水直接充水矿床，主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，充水含水层富水性中～强，且有稳定的地下水补给来源。矿井充水以顶板水（徐家山组裂隙岩溶含水层水及其围岩接触带裂隙水）和矿体内及接触带裂隙水为主。充水通道主要为顶板垂向裂隙或侧向矿体的围岩裂隙。矿井-135m中段稳定排水量2200m3/d，-185m中段稳定排水量4500m3/d，涌水量相对稳定，然而采掘过程中突水时有发生，水量足、水势凶、水压较大，最大突水量达1400 m3/h。
　　3 涌水量预测
　　3.1 水文地质条件概化
　　剖面上视矿体上覆碎屑岩类（第二类含水结构层）和矿体底板侵入岩（第四类含水结构层）为相对隔水层，平面上视矿床北、西面为隔水边界，南、东面为无限供水边界。
　　图 水文地质概化模型
　　3.2 计算
　　基于上述水文地质概念模型，依据映射原理，参考《矿井地质工作手册》中边界附近巷道系统（承压转无压）涌水量计算公式，以矿体平面投影面积为涌水量计算区域进行计算。
　　（1-1）
　　式中：
　　Q―预测的坑道涌水量（m3/d）；
　　K―渗透系数（m/d）；
　　H―承压含水层水头高度（m）；
　　h0―含水层剩余水柱高度（m），h0=H-Smax，
　　顶板含水层疏干时H≈Smax，因此h0≈0；
　　M―含水层厚度（m）；
　　ro―引用半径（m）；
　　α、β―参数； （1-2）
　　；（1-3）
　　取渗透系数K=0.49m/d；取承压含水层厚度M=47.5m；取承压含水层水头高度值H=190 m；矿体平面投影面积约145000m2；大井半径r0为215m；d1、d2均取220m；代入公式，结果如下：Q总=12559.0 m3/d，即524 m3/h；
　　3.3 预测结果确定
　　比拟法结果：Q总=17083m3/d ，即712m3/h；矿坑现状排水Q总=6700 m3/d，即280 m3/h；大井法结果：Q总=12559.0 m3/d，即524 m3/h。
　　鉴于“比拟法”基本取自实测资料，虽然也存在差异，但两矿区相邻且水文地质条件基本相似，“大井法”亦有一定理论参考意义，矿坑现状排水资料真实可靠等因素，故推荐太平铁矿矿井正常涌水量取“比拟法”估算结果、“大井法”估算结果与矿坑现状排水量三者之间的平均值，即：
　　矿井正常涌水量Q正常=（17083+12559+6700）/3=12114m3/d（即505m3/h）
　　据以往经验，推荐太平铁矿矿井最大涌水量取矿井正常涌水量的1.5倍，即：矿井最大涌水量Q最大=1.5Q正常=1.5×12114=18171m3/d（即757 m3/h）
　　另外，该矿井目前实际排水量稳定在200～300m3/h左右，但坑道时有发生突水，近期最大一次突水水量达1400m3/h，基于此，结合矿山经济等因素，推荐：矿井需具备1500 m3/h的抗灾排水能力。
　　4 结论
　　采用“大井法”和“比拟法”分别对矿井涌水量进行计算，结果相近，与实测有一定偏差，故推荐矿井正常涌水量为505 m3/h，最大涌水量为760 m3/h；
　　太平铁矿水文地质条件复杂，时有突水发生，综合考虑矿井安全因素和矿井经济因素，推荐矿井设防涌水量为1500m3/h，要求矿井的实际排水能力不低于1500 m3/h；
　　参考文献：
　　[1] 杨成田.专门水文地质学[M].北京：地质出版社，1981.
　　[2] 施普德.井水量计算的理论与实践[M].北京：地质出版社，1977.
　　[3] 房佩贤，等.专门水文地质学[M].武汉：长春地质学院，1985.
　　[4] 供水水文地质手册（第二册水文地质计算）[M].北京：地质出版社，1990.

比拟法计算涌水量公式

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