齊 良，尚文龍，姜 平

（江西省地質局贛西北大隊，江西 九江 332000）

在礦山開采前要對礦坑涌水量進行預測，礦坑涌水量預測一般分為井工礦和露天礦的礦坑涌水量預測，應與水文地質條件、可開采資源儲量分布和開采設計緊密結合確定預測計算范圍；一般應由上到下、由淺到深進行；以最佳技術經濟為原則，避免過于復雜的計算公式；宜結合礦區(qū)探采對比總結規(guī)律，選擇最接近礦區(qū)實際的預測計算方法。新建礦山應預測先期開采地段或第一開采水平（或中段）的礦坑涌水量生產礦山應在現(xiàn)有水文地質條件基礎上預測下一開采水平（或中段）的礦坑涌水量。

1 礦坑涌水量預測計算的條件

若要精確預測礦坑涌水量，應詳細查明水文地質條件，包括礦坑充水水源、礦坑充水主要因素和途徑，應根據(jù)礦區(qū)所在水文地質單元的降雨入滲條件和地下水補給、徑流和排泄條件，預測開采條件下地下水系統(tǒng)補給、徑流和排泄特征變化，同時按照規(guī)范確定含水層厚度、水文地質邊界和主要充水巖層具有代表性的水文地質參數(shù)、計算水平（或中段）及范圍。

2 礦坑涌水量預測計算的程序

首先根據(jù)實際野外和鉆探工作，對礦床水文地質條件進行概化，構建水文地質概念模型，再建立水文地質數(shù)學模型，最后帶入水文地質參數(shù)求取涌水量。概念模型和數(shù)學概念模型的建立，應貫穿于礦床勘查到開采的全過程，隨著對礦床水文地質條件的深入不斷優(yōu)化。

3 常用的礦坑涌水量預測計算方法

3.1 井下礦

井下開采常用的礦坑涌水量預測計算方法主要是解析法和比擬法。

3.1.1 解析法

解析法分為大井法和水平廊道法，應用前提一般是穩(wěn)定流解析法，充水巖層為大面積分布的強透水層，當?shù)V山排水疏干至某一水平（或中段）后，水位基本穩(wěn)定，可視為穩(wěn)定流條件。當?shù)叵滤幱跇O其緩慢的非穩(wěn)定流運動時，可近似可作為相對穩(wěn)定流。另一個前提是坑道系統(tǒng)能概化成理想的“大井”。

首先建立水文地質概念模型，分析流場是否為穩(wěn)定流，邊界條件的概化，明確最大疏干水位降深，合理選取水文地質參數(shù)。

其次建立數(shù)學模型，以完整井為基礎，建立穩(wěn)定流數(shù)學模型，傾角大于或等于45°的層狀礦體通常選用大井法穩(wěn)定流數(shù)學模型，傾角小于45°的層狀礦體通常選用水平廊道法穩(wěn)定流數(shù)學模型。

大井法穩(wěn)定流計算公式。

式中：Q—礦坑涌水量，單位（m3/d）。K—滲透系數(shù)，單位（m/d）。M—含水層厚度，單位（m）。s—水位降深，單位（m）。H—潛水含水層厚度，單位（m）。r0—巷道系統(tǒng)（大井）引用半徑，單位（m）。R0—坑道排水地下水引用影響半徑，單位（m）。

水平廊道法穩(wěn)定流計算公式。

式中：B—廊道水平長度，單位（m）。R—廊道排水地下水影響半徑，單位（m）。

最后根據(jù)礦山的具體情況選擇合適的公式將水文地質參數(shù)帶入計算。

3.1.2 比擬法

比擬法應用前提是在同一地區(qū)，地質、水文地質條件、開采方式和規(guī)模相同或相似的礦坑。特別適用于有多年排水量觀測資料的生產礦井。

不同的充水條件可以選擇不同的比擬因子，通常有單位涌水量比擬法、富水系數(shù)法、比擬系數(shù)法等。

（1）單位涌水量比擬法：礦山正常生產條件下，礦坑涌水量與礦坑面積或體積的擴大成正比，可用礦坑面積或體積換算新的礦坑涌水量。計算公式：

式中：Q0—已建生產礦井排水量，單位（m3/a）。F0—已建生產礦井疏干面積，單位（m2）。s0—已建生產礦井水位降深，單位（m）。Q—新建礦井排水量，單位（m3/a）。F—新建礦井疏干面積，單位（m2）。s—新建礦井水位降深，單位（m）。

（2）富水系數(shù)法：在一定時期內，礦山正常生產條件下，從礦坑中排出的水量與同一時期開采出的礦石質量為一常數(shù)，即：

式中：Q0—已建生產礦井排水量，單位（m3/a）。P0—已建生產礦井礦石開采量，單位（t/a）。Kp—富水系數(shù)，單位（m3/t）。Q—礦坑總涌水量，單位（m3/a）。P—新建礦井礦石開采量，單位（t/a）。

（3）比擬系數(shù)法：根據(jù)礦山統(tǒng)計資料，排水量與水位降深或采空區(qū)面積或采掘長度成正比，可采用比擬系數(shù)法。

水位降深：

式中：Q0—已建生產礦井排水量，單位（m3/a）。s0—已知礦井實際水位降深，單位（m）。Ks—降深系數(shù)，單位（m2/a）。Q—新建礦井排水量，單位（m3/a）。s—新建礦井實際水位降深，單位（m）。

采空區(qū)面積：

式中：KF—采空區(qū)面積系數(shù)，單位（m/a）。F0—已建生產礦井實際開采面積，單位（m2）。F—新建礦井開采面積，單位（m2）。

采掘長度：

式中：KL—采掘長度系數(shù)，單位（m2/a）。L0—已建生產礦井巷道實際開采長度，單位（m）。L—新建礦井巷道開采長度，單位（m）。

3.2 露天礦

露天礦的礦坑涌水量包括露天采礦地下水涌水量（Q1）、地表水匯入采坑水量（Q2）、降水滲入采坑水量（Q3）。修建有截水溝的礦山，預測計算地下水涌水量（Q1）、截水溝圈定范圍內地表水匯入采坑水量（Q2）、降水滲入采坑水量（Q3）。對位于侵蝕基準面以上或地下水水位以上順坡開采的露天礦，大氣降水即降即排，可不計算礦坑涌水量（Q1），大氣降水不能即降即排的，計算地表水匯入采坑水量（Q2）、降水滲入采坑水量（Q3）。

3.2.1 露天采礦地下水涌水量（Q1）

露天采礦地下水涌水量可根據(jù)解析法或者比擬法得到。

3.2.2 地表水匯入采坑水量（Q2）

式中：Q2—地表水匯入采坑水量，單位（m3）。F—采坑上游匯水面積，單位（m2）。P—降水量，單位（m）。α—地表徑流系數(shù)（可實測，可采用經驗值0.4—0.7）。

在地形條件允許的情況下，應設置截水溝，以減少地表水采坑的水量。

3.2.3 降水滲入采坑水量（Q3）

直接降落在露天采坑中的降水量，應進行年（日）平均降水量的計算和最大日降水量計算。

年（日）平均降水量：

式中：Q3—降水滲入采坑水量，單位（m3）。F—露天礦坑的面積，單位（m2）。X—年平均降水量（或雨季日均降水量），單位（m）。

最大日降水量：

式中：Qp—設計頻率暴雨徑流量，單位（m3/d）。Hp—設計頻率暴雨量，單位（m）。F—露天礦坑的面積，單位（m2）。

式中：Sp—頻率為P的暴雨強度，單位（mm/min）。t—降水歷時，單位（min）。n—暴雨強度遞減指數(shù)，由當?shù)豱值等值線查取?！獨v時日最大降水量平均值，單位（m）。

Φ—皮爾遜Ⅲ型曲線（P—Ⅲ型曲線）的離均系數(shù)，為頻率P與Cs的函數(shù)。Cs—偏差系數(shù)，一般是Cv的3～5倍，根據(jù)不同地區(qū)情況確定。Cv—變差系數(shù)。

式中：K—變率；H—統(tǒng)計系列中某年最大降水量，單位（m）。N—統(tǒng)計年數(shù)，單位（a）。

其中設計頻率的選取，露天礦排水設計頻率P，對于一般礦山，可根據(jù)礦山規(guī)模設計暴雨常用的頻率選用，一般選用設計暴雨頻率P為1%、2%、5%、10%，相應重現(xiàn)期分別為100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇。

4 應用

4.1 水文地質條件概化

某礦區(qū)在回采階段，井巷輪廓大體已定，疏干流場主要受外邊界補給條件控制，礦坑涌水量被側向補給量平衡，流場特征除受季節(jié)變化影響外，呈相對穩(wěn)定狀態(tài)，為穩(wěn)定流。

4.2 水文地質數(shù)學模型建立和參數(shù)選取

某礦區(qū)的礦體傾角為1°～40°，礦區(qū)內主要礦體呈層狀、似層狀?？拥老到y(tǒng)近似于帶狀狹長條形，坑道視為水平巷道，采用水平廊道法穩(wěn)定流數(shù)學模型公式（潛水）：Q=BK（2H-S）S /R

式中各符號意義：Q：坑道涌水量（m3/d）。B：坑道長度（m），以計算中段標高上的礦體最大長度計。Kcp：抽水試驗的平均滲透系數(shù)（m/d），取相應中段賦存礦體的巖石滲透系數(shù)平均值。H：潛水面的水頭至坑道中段高度（m），取動態(tài)水文觀測最大水位標高為潛水面水頭，首采中段標高+680m，潛水面標高750.96m。S：坑道水位降低（m），S=H。R：中段疏干影響半徑（m），由R=2S（HKcp）1/2得。

4.3 計算結果

涌水量計算結果見下表1。

表1 大巖下礦段井采礦坑涌水量計算結果表

5 結語

在礦區(qū)涌水量預測計算中應該根據(jù)實際野外和鉆探工作，將水文地質條件概化，建立水文地質數(shù)學模型，通過抽水試驗獲取合適的水文地質參數(shù)，帶入合適的涌水量計算方法，并進行評述。