基于大井法的矿坑涌水量预测分析研究

  引言 
  本文根据大邓格矿区属于水文地质条件简单等实际情况,利用大井法对该矿区矿坑涌水量进行了预测分析。 
  1 大井法计算基本原理及模型建立 
  1.1 国内外研究现状分析 
  国内外常用解析法、大井法、数值模拟法、水均衡法、水文地质比拟法、相关分析法等来进行矿坑涌水量的预测。1数值模拟法精度虽高,但对水文地质参数求较高,多被用来预测非稳定矿井涌水量;水均衡法和比拟法可估算矿井涌水量,但精度不高,不能用来计算单独的坑道涌水量;相关分析法适用于具有多年矿井涌水量的矿井。2大井法适用于近似稳定流,常利用地下水井流公式进行计算,具有简便、适用性广等特点。 
  1.2 基本原理 
  在实际工作中,大井法因其计算方便受到了广泛的使用。所谓大井法是指把形状不规则的坑道系统圈定的面积用大井来等效代替,从而近似应用裘布依稳定流基本方程进行矿坑涌水量的计算预测。 
  1.3 模型建立 
  模型建立的的关键在于将复杂实际问题进行概化。主包括疏干流场的水力特征分析、边界条件的合理概化、各项计算参数的准确确定。 
  1.3.1 建立数学模型 
  (1)分析疏干流场的水力特征需区分稳定流和非稳定流、达西流和非达西流、平面流和空间流、潜水和承压水。 
  (2)边界条件的合理概化包括侧向边界、垂向边界、内边界的概化。 
  1.3.2 计算参数确定 
  (1)渗透系数K,是公式中的主参数,主根据水文地质实验值作均值概化所得。 
  (2)引用半径r,根据开采矿体在地面垂直投影为矩形a/b>1,(a、b分别为矩形的长短边边长)采用计算。 
  (3)大井引用影响半径。 
  (4)影响半径。 
  (5)竖井半径rw。 
  2 实例分析 
  在矿井开采过程中,由于人为作用的扰动破坏了地下含水层和土壤的结构,形成了矿坑涌水量。准确预测矿坑涌水量,有利于合理规划矿区建设、有效利用资金、减少或避免安全事故的发生。 
  2.1 矿区自然地理概况 
  大邓格金矿区位于威海市泊于镇西2km左右,矿区内地面高程在4.4~73.2m之间,地势中间高,东南、北西低,山丘之间多为凹地及沟谷,沟谷两岸为冲洪积层,属剥蚀堆积地貌类型。 
  2.2 矿区水文地质特征分析 
  矿区内岩性较为单一,以花岗闪长岩为主,岩石完整,矿体多呈似层状、透镜体状,埋藏深度~4m,大部分位于基准侵蚀面以下。矿床中弱富水岩体中的脉状构造裂隙水是矿床充水来源;第四系孔隙潜水及基岩风化带裂隙水是矿床间接充水含水层;地表水与矿床直接充水含水层不发生明显的水力联系;矿床内的构造破碎带富水性、透水性均一般,对矿床充水影响不大;因此,该矿床属水文地质条件简单的裂隙充水矿床。 
  3 矿床充水因素及边界条件分析 
  3.1 矿床充水因素 
  矿床及附近没有强富水含水层,第四系和基岩风化带含水层富水性中等且厚度薄,地下水不能直接进入矿坑,是矿床的间接充水含水层。矿体主分布在基岩构造裂隙弱富水含水带中,岩体中的脉状构造裂隙水是矿床的直接充水水源。 
  3.2 矿床边界条件 
  矿坑充水主来自构造裂隙弱富水含水带中的脉状构造裂隙水,上覆第四系及基岩风化带含水层地下水不能直接进入矿坑,河水距矿体较远,弱富水岩体透水性、富水性较弱,为了减化条件,便于计算,将矿床视为水平分布无限边界潜水含水层进行涌水量的预测计算。 
  4 矿坑涌水量预测 
  4.1 预测原则 
  本次只预测Ⅰ号矿体的矿坑涌水量,第一开拓水平主应在-1m左右,最终开拓系统主在-3m左右。选择-1m中段作为矿山开拓初期的代表性矿坑涌水量,选择-3m中段预测矿山开采末期的涌水量。 
  4.2 选择计算方法和公式 
  4.2.1 计算方法 
  由于矿区地下水仍处于原始状态等实际情况,确定采用大井法预测矿坑涌水量,竖井涌水量则直接利用管井涌水量计算公式求得。 
  4.2.2 计算公式 
  (1)竖井公式计算法,按裸壁和护壁两种情况对矿床的开采竖井涌水量做概略的预测。
  a.裸壁选择潜水完整井稳定流计算公式 
  b.护壁选择稳定流承压浅井涌水量计算公式(井底进水、井壁不进水) 
  (2)大井法选择潜水完整井稳定流计算公式分别计算-1m和-3m矿坑涌水量 
  4.2.3 预测结果 
  矿坑涌水量预测结果如表1 
  表1 矿坑涌水量预测结果表 
  5 小结 
  (1)通过对矿坑涌水量及大井涌水量的计算,为该矿区开采设计供了一定的依据。 
  (2)大井法适用于均质、各向同性、等厚的含水层,大邓格矿区由于水文地质条件简单而比较适用。 
  (3)稳定流裘布依公式主适用于小降深、精度求不太高的情况,但对于大降深、形状不规则的矿坑涌水量计算则存在较大的误差3。 
  (4)由于矿区分布、井巷类型、开采方式等生产条件的不确定性,决定了水文地质勘探阶段主是通过评价性计算来预测矿坑正常涌水量及最大涌水量。 
  (5)进行矿区水文地质勘查时,应尽可能查明矿区的各项水文地质条件、选择合理的方法,减少矿坑涌水量预测的计算误差,避免造成不必的损失。 
  参考文献 
  1杜敏铭,邓英尔,许模.矿井涌水量预测方法综述J.四川地质学报, 29(1). 
  2段俭君,徐会军,王子河.相关分析法在矿井涌水量预测中的应用J.煤炭科学技术,213(6). 
  3华解明.“大井法”预测矿井涌水量问题探讨J.中国煤炭地质, 29(6).

  

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