矿产地质勘查中矿坑涌水量预测

摘要：本文是作者结合实际的工作经验总结的，主要的对矿产地质勘查中矿坑涌水量预测方法的论述。该方法具有对井巷类型适应能力强、快速、简便、经济等优点，是最常用的基本方法。

关键词：矿坑；涌水量；预测中

1 解析法的应用条件

解析法预测矿坑涌水量时，以井流理论和用等效原则构造的“大井”为主，井流理论指将各种形态的井巷与坑道系统，用具有等效性的“大井”表示，称“大井”法。因此，矿坑涌水量计算的最大特点是“大井法”与等效原则的应用，而供水则以干扰井的计算为主。

稳定井流解析法：应用于矿坑疏干流场处于相对稳定状态的矿坑涌水量预测，包括：a.在已知某开采水平最大水位降深条件下的矿坑总涌水量预测；b.在给定某开采水平疏干排水能力的前提下，计算地下水位降深（或压力疏降）值。

非稳定井流解析法：用于矿床疏干过程中地下水位不断下降，疏干漏斗持续不断扩展，非稳定状态下的矿坑涌水量预测，包括：a.已知开采水平水位降深（S）、疏干时间（t），求涌水量（Q）；b.已知 Q、S，求疏干某水平或漏斗扩展到某处的时间（t）；c.已知 Q、t 求 S，以确定漏斗发展的速度和漏斗范围内各点水头函数随时间的变化规律，用于规划各项开采措施。在勘探阶段，以选择疏干量和计算最大涌水量为主。

2 计算方法

2.1 分析疏干流场的水力特征

矿区的疏干流场是在天然背景条件下，叠加开采因素演变而成。分析时，应以天然状态为基础，结合开采条件做出合理概化。

2.1.1 区分稳定流与非稳定流

矿山基建阶段，疏干流场的内外边界受开拓井巷的扩展所控制，以消耗含水层储存量为主，属非稳定流；进入回采阶段后，井巷输廊大体己定，疏干流场主要受外边界的补给条件控制，当存在定水头补给条件时，矿坑水量被侧向补给量或越流量所平衡，流场特征除受气候的季节变化影响外，呈现相对稳定状态。基本符合稳定流的“建模”条件，或可以认为两者具等效性；反之，均属非稳定流范畴。

2.1.2 区分达西流与非达西流

在矿坑涌水量计算时，常遇到非达西流问题，它涉及解析法的应用条件。

暗河管道岩溶充水矿床，地下水运动为压力管道流与明渠流。此外，分水岭地段的充水矿床，矿坑涌水量直接受垂向入渗降雨强度控制，与水位降深无关。

局部状态的非达西流，常发生在大降深疏干井巷附近或某些特殊构造部位，非达西流对参数计算产生影响，对参数的代表性也存在影响。在宏观上，它是一个流态概化问题，不存在解析法的应用条件问题。

2.1.3 区分平面流与空间流

严格讲，在大降深疏干条件下，地下水运动的垂向速度分量不能忽略，均为三维空间流问题，但完整井巷的地下水三维流运动的范围仅限于井巷附近，均为含水层厚度的 1.50～4.75 倍距离。因此，在矿坑涌水量预测中，大多将其纳入二维平面流范畴，在宏观上不影响预测精度。计算时应根据井巷类型做出不同的概化。

如竖井的涌水量计算，可概化为平面径向流问题，以井流公式表达。计算水平巷道涌水时，与剖面平面流近似，可采用单宽流量解析公式，但其两端上往往也产生辐射流，需要考虑它的存在，并采用平面径向流公式补充计算巷道端部的进水口。

坑道系统则复杂得多，根据“大井法”原理，一般以近似的径向流概化，但当坑道系统近于带状的狭长条形时，也可概化为剖面流问题。

对于倾斜坑道，根据阿勃拉莫夫有关水电比拟法的研究，证明坑道的倾斜对涌水量影响不大，可根据坑道的倾斜度，分别按竖井或水平巷道进行近似。若坑道倾斜度大于 45°时，视其与竖井近似，用井流公式计算；若坑道倾斜度小于 45°时，则视其与水平巷道近似，用单宽流量公式计算。根据解析解的存在条件，一些简单的非完整井巷涌水量计算，可以运用三维空间问题予以解决。此时，可根据非完整井的特点，运用地下水动力学中的映射法与分段法原理来求解。通常用平面分段法解决完整竖井的涌水量计算，用剖面分段法解决非完整平巷的涌水量计算。

2.1.4 区分潜水与承压水＼

与供水不同，在降压疏干时，往往出现承压水转化为潜水或承压 -无压水。此外，在陡倾斜含水层分布的矿区，还可能出现坑道一侧保持原始承压水状态，而另一侧却由承压水转化无压水或承压 - 无压水的现象。概化时，需从宏观角度进行等效的近似处理。

2.2 边界条件的概化

边界条件概化的失误是导致解析解失真的主要原因之一。由于理想化要求常与实际条件相差甚远，成为解析法应用中的难点，也是解析法预测矿坑涌水量的重要环节。

解析法要求将复杂的边界补给条件概化为隔水与供水两种进水类型。同时，将不规则的边界形态，简化为规则的。但实际问题中一般难以具有上述理想条件，其进水条件常常既不完全隔水，又不具有无限补给能力，它的分布也极不规则。为此，必须通过合理的概化，缩小理论与实际的差距，满足近似的计算要求。

2.3 参数确定

2.3.1 渗透系数（K）

渗透系数是解析公式中的主要参数。我国矿山大多分布于基岩山区的裂隙、岩溶充水矿床，充水含水层的渗透性具明显不均匀性，根据解析计算要求，应作均值概化，同时这也是保证渗透系数具有代表性的措施之一。

2.3.2 大井引用半径 ro的确定

矿坑的形状极不规则，尤其是坑道（井巷）系统，分布范围大，形状千变万化，构成了复杂的内边界。根据解析法计算模型的特点，要求将它理想化。经观测，坑道系统排水时，其周边逐渐形成了一个统一的降落漏斗。因此，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成是一个理想“大井”在工作，此时整个坑道面积，看成是相当于该“大井”的面积。

2.3.3 引用半径 R0的确定

对于在实际问题中是否存在裘布依关于圆形定水头的假定条件，以及齐姆模型中影响半径概念是否合理，学术界存在众多争议，特别是非稳定流理论与越流理论的产生，人们认识到某种稳定状态的出现可能是越流作用所造成的，这样影响半径的概念偏离了原有的含义，于是引出了所谓的引用影响半径。

结束语

如上所述，不难看出矿坑涌水量预测时，用作最大水位降深的最大疏干量计算，对解析法来说不是很适宜的。