计算矿坑涌水量预测——解析法概述.docVIP

PAGE PAGE 1 任务十六 矿坑（井）涌水量预测 四、计算矿坑涌水量预测——解析法概述 课程目的 掌握解析法的原理、适用条件和计算方法步骤，具有矿坑涌水量预测专业技能 课程任务 掌握解析法的原理、适用条件 掌握解析法计算方法步骤 课程内容 1、解析法的原理和应用条件 2、解析法计算方法步骤 重点、难点 解析法计算方法 （一）解析法的原理和应用条件 解析法：依据地下水动力学原理，用解析公式预测不同条件下的矿坑涌水量。是目前矿坑涌水量预测应用最广泛的一种方法。常用“大井”法进行计算。 大井法：将坑道系统看成一个面积与之相等、半径为r0的等效的理想“大井”，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，即可采用井流公式预测矿坑涌水量。 （二）计算方法、步骤 一）建立水文地质概念模型 1、分析疏干流场的水力特征 （1）区分非稳定流与稳定流 一般，矿山开采初期（开拓阶段），开拓井巷不断发展变化，疏干漏斗的外边界不断扩展，矿坑涌水量以消耗含水层储存量为主，该阶段疏干场院一般为非稳定流；矿山开采后期（回采阶段），疏干流量主要受流场外边界的补给条件所控制，在补给条件不充分的矿区，疏干流场以消耗含水储存量为主，仍为非稳定流，在补给条件充足的矿区，或具定水补给边界的矿区，矿坑涌水量与补给量平衡，一般出现相对的稳定流，矿坑涌水量预测可以稳定井流理论为基础。 （2）区分层流与率流 矿区地下水在疏干条件下与天然运动状态相比，在大面积内仍为层流，仅在疏干工程附近常出现紊流，故达西定律仍然是建立确定性模型的基础。 一般常以抽（放）水试验为依据，用单位涌水量法对层流、紊流进行判别，计算式： 承压水 qi ≈ Q1/S1≈Q2/S2≈Q3/Q3 潜水 qi ≈ Q1/[（2H-S1）S1]≈Q2/[（2H-S2）S2]≈Q3/[（2H-S3）S3] 若各次计算的单位涌水量 q为一常数或接近常数，则地下水为层流运动，否则为紊流或混合流。 （3）区分平面流或空间流 疏干流场的地下水运动形式，受坑道类型与分布状态的控制，呈复杂的流态，在宏观上概化为流向完整井巷的平面流和流向非定整井巷的空间流二种。 流向完整井巷的平面流：地下水流向完整井巷的平面流运动，又可分为平面的辐射流和剖面的平面流二种形式。竖井排水时产生平面辐射流，水平巷道排水时产生剖面的平面流。平面辐射流以井流公式表达，剖面平面流则用单宽流量公式计算。 流向非完整井巷的空间流：空间流带往往仅限于非完整井巷附近，其范围约为含水层厚度的1.5—2.0倍。通常采用平面分段法进行完整竖井的涌水量计算，用剖面分段法或有经验公式进行非完整平巷的涌水量近似计算。 （4）区分潜水与承压水 在矿坑降压疏干排水时，往往出现由承压转化为无压水或承压—无压水。此外，在某些倾斜岩层分布的矿区，还可能出现一侧保持原始承压水状态，另一侧却转化为无压水或承压—无压水。 2、确定边界类型 （1）侧向边界条件概化 边界类型的划分：隔水边界和供水边界二类。 边界形态的简化：解析法计算模型要求将不规则的边界形态，简化为一些理想化的几何图式边界，如无限直线边界、直交边界、斜交式边界和平行边界等。 （2）垂向边界类型的概化 根据疏干含水层顶底板性质，依据解析法的计算要求，一般分为垂向隔水边界和垂向越流补给边界二类。越流边界可分为定水头和变水头二种。目前，解析法主要能解决定水头越流补给边界的问题。 二）建立数学模型（预测计算方程） 建立数学模型，即正确确定计算方法和建立计算公式。常用的矿坑涌水量计算模型有：大井法、辐射流法、集水廊道法。 1、大井法 坑道系统的排水，一般最终都能形成以坑道为中心的径向水流，大井法就是把坑道系统看成一个面积与之相等、半径为r0的等效的理想“大井”，整个坑道系统的涌水量量，就相当于大井的涌水量，即可采用井流公式预测矿坑涌水量。见P253表13-1。 大井半径的确定： 若矿井巷道系统及采区接近于等轴形，即采区长/宽≤2，则大井半径r0=(F/π)1/2 若矿井巷道系统及采区近于长条形，即采区长/宽＞2，则大井半径r0=P/2π 大井降落漏斗的影响范围半径R0 =r0+R 2、分区法 也称辐射流法。原理：根据疏干流场的边界条件与含水层的非均质性特点，沿流面和等水压面将其分割为若干条件下不同的扇形分流区，每个扇形分流区内地下水流都呈辐射状，沿流面分割所得扇形区边界为阻水边界，沿等水压面分割所得的扇形区边界为等水头边界，用卡明斯基平面辐射流公式计算各扇形区的涌水量，其总和即为矿井涌水量。 承压水：Qi=K[(b1-b2)/(lnb1-lnb2)*M(h1-h2)/L] 潜水：Qi=K[(b1-b2)/(lnb1-lnb2)*(h12-h22)/2L] Q=∑Qi 3、水平巷道解析法（集水廊道法） 用地下水天