矿井涌水量计算方法的研究新进展.pdfVIP

第五篇工程管理及其他 矿井涌水量计算方法研究新进展① 孙光1’2，孙晓宇1’2，董庆欢1’2 (1．天地科技建井研究院，北京100013； 2．北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013) 摘要：随着煤层开采深度的逐渐增加，矿井采区、工作面受地下水威胁越来越大，为了 安全开采，矿井采区、工作面涌水量预测问题成了非常重要也是最不容易解决的技术难 题。目前矿井涌水量计算方法种类非常繁多，在此综合性论述几种较为常见的矿井涌水 量计算方法，对这几种计算方法的特点和应用条件进行了探讨，并且通过对几种矿井涌 水量计算方法的论述，为不同水文地质条件的矿井选择符合自身特点涌水量计算方法提 供了参考依据。 关键词：涌水量预测；计算方法；水文地质 矿井涌水量的大小是合理设计矿井建设与生产方案、设计矿井防排水系统、制定矿井防 治水措施的主要依据。因此，在矿井建设与生产的不同阶段，对矿井涌水量在时间和空间上 的变化趋势进行动态预测评价，是矿井水文地质工作的重要任务。 目前矿井涌水量计算方法繁多，如何根据矿井自身的水文地质条件选择较为合适的涌 水量计算公式，对每个矿井特别是富水矿区的防治水工作具有至关重要的作用。因此，需要 对这些预测方法进行研究分析，以便更准确地预测矿井涌水量。下面介绍几种常用的矿井 涌水量预测计算方法。 l矿井涌水量预测方法分类 涌水量预测方法大体分三类：一类是解析法，一类是数值计算法，另一类是类比分析法。 解析法的优点是能精确地刻绘出水头和水量的时空变化。数值计算法又可以分为偏微分方 程法和常微分方程法。类比分析法是对计算结果精确程度要求不高的情况下采用的方法， 优点是便于计算，缺点是需要大量资料作类比，计算精度不高。 2矿井涌水量预测方法——解析法 解析法是预测矿井涌水量的常用方法之一，它是对一定边界条件和初始条件下的地下 水运动建立定解公式，然后应用这些定解(解析)公式来预测矿井涌水量[1]。它可以用于预 ① 基金项目：天地科技工艺技术创新基金资助(KJ一2013一BJZM一02)。 · · 169 矿山建设工程技术新进展 测各类井巷、巷道系统和疏干设施的涌水量，也可用来预测疏干水位、疏干范围、疏干 时间[2|。 地下水渗流运动的基本定律是达西定律，所有的解析公式都是在此基础上建立或推导 出的，解析法中最常用到的井流方程，其基本公式分为稳定流的裘布依公式和非稳定流泰斯 公式两类。裘布依公式和泰斯公式的建立是有一定条件的，即裘布依假设(圆形定水头边界 等)和泰斯假设(含水层无限、水瞬时释放等)。自然界中完全符合裘布依假设和泰斯假设的 条件极少，这就对其应用(预测矿井涌水量等)带来很大的局限。尽管如此，对水文地质条件 进行适当处理和概化后，用解析法来预测矿井涌水量等还是可能的，其步骤如下： (1)建立水文地质概念模型 解析法的公式有严格的假设条件，而实际的水文地质条件十分复杂。为了能够应用解 析公式，必须在不歪曲原始条件的前提下，对矿区水文地质条件进行合理的概括和简化，经 过概化了的矿区水文地质条件称为水文地质概念模型。 (2)确定水文地质参数 渗透系数K、给水度队导压系数a、导水系数T等水文地质参数可以根据具体的条件 和水文地质试验资料以及不同的方法求出。 (3)建立数学模型 数学模型是水文地质概念模型的数学描述，一般包括基本微分方程、定解条件及水文地 质参数。 (4)涌水量预测 建立数学模型后即可按设计或建设、生产要求进行矿井涌水量预测。 目前在解析法矿井涌水量预测中应用最广泛的一种方法为“大井法”。在煤矿开采条件 下，随着矿坑疏干排水、地下水位降低，地下水由承压水转为潜水。故矿坑涌水量计算采用 “承压一无压完整井”含水层公式，计算公式如下： Q一1．366—K—(2—H—o