礦井涌水量計算的方法分析與研究

蔡晨光

（河鋼集團礦業公司，河北 唐山 063000）

在礦井建設生產各個階段，對礦井涌水量空間、時間變化規律展開動態化預測評價，是礦井水文地質工作重要項目。但因為涌水量影響因素相對較多且較為復雜，涌水量計算難度相對較大，所以做好涌水量計算方法選擇與應用，已經成為了相關企業研究重點[1]。目前較為常用的計算方法主要以解析法以及比擬法等手段為主，對計算方式展開合理運用，做好涌水量計算與控制，是保證礦井正常生產的有效手段，值得展開深入研究[2]。

1 涌水量影響因素

在進行涌水量計算時，需要做好水量影響因素分析，以防出現計算精準度不高或者計算存在失誤等方面的問題。

通過分析發現，礦井涌水量與以下幾項因素有著密切關聯：①降水量。經過研究發現，礦井涌水量和降水量有著密切關聯，在深度較淺地段實施挖掘時，兩者之間影響尤其明顯，隨著降雨量的變化，涌水量會出現隨之改變或略有滯后的狀況；②產量、開采面積。開采面積、產量的不斷增加，加之含水介質空間與頂板含水層結構的改變，使得涌水量在對地下水靜儲量進行消耗的同時，還在接受地下水補給，所以涌水量會呈現出不斷增加的趨勢；③當采掘工作進入到中期階段，地下水靜儲量已經所剩無幾，此時地下水補給成為了礦井涌水的主要來源，涌水量會隨著地下水接受補給量的平穩而出現逐漸穩定的狀態；④地質構造。在進行礦井開采時，會對地質構造形成一定程度的破壞，會使地層原有完整性受到直接影響，導致空間、裂隙出現[3]。

2 礦井涌水情況及不同情況的費用計算

所研究礦場為冶金工業礦山，礦井涌水量現狀以及相關費用計算方法如下：①該礦井下在建巷道施工中，由于巷道通過幾處破碎帶（已進行了100mm厚的永久噴砼支護）后，巷道出現多處淋水、散水，加大井巷排水壓力，也嚴重影響正常施工，經項目部、監理單位和施工單位現場勘查并確定對該段進行注漿治水（由于巷道空間窄小，注漿作業時注漿站占道布置在巷道內，所以注漿時無法繼續掘進和其他工作）。在計算相關費用時,若此情況造成無法繼續掘進和影響其他工作連續超過24h時，應按輔助費說明第五條第3款計算輔助費補償費。②因涌水量非常大，在長期的涌水過程中，馬頭門的基礎坑中積聚了大量的淤泥、石塊，工作人員在清理淤泥時無法準確判斷淤泥坑的虛實，又因為馬頭門空間有局限性清淤設備無法進入，只能依靠人工使用鐵鍬及水桶進行清理（人工挖淤泥，通過0.5立方水桶提到井口）。③豎井掘砌過程中工作面有較大涌水，依據施工方案帶水下掘，井筒形成后需要采用壁后注漿。在計算相關費用時,需要確認輔助費是否已包括此工作范圍內容，若壁后注漿影響掘砌時或由此影響此段后續工作內容超過24h時，可參照輔助費定額說明第五條計算輔助費補償費。

3 礦井涌水量計算方法

3.1 解析法

為對解析法應用展開詳細分析，本文在此將以大井法為例，對礦井涌水量計算全過程展開深度探究。在運用大井法實施計算時，會將礦區水平坑道系統所占面積視為等價于理想的大井面積，坑道系統涌水量與大井涌水量相符。此種計算方式應用沒有過多限制，可在各種坑道系統以及井巷中進行使用。

（1）基本原理。大井法是按照地下水動力學原理，運用解析方式對地下水運動規律偏微分方程展開計算的，會按照特定初值條件以及便捷，對地下水運動模型構建展開解析，進而實現對多種條件下的礦井涌水量測試。

（2）計算公式。在進行礦井開采時，礦坑地下水位的持續性降低以及排水疏干的不斷進行，會使地下水承壓水轉變為潛水，所以礦坑涌水量計算應按照承壓水-潛水含水層公式展開，具體公式如下：

其中Q代表礦井涌水量；K代表滲透系數；M代表含水層厚度；H代表水頭高度；Ro代表引用影響半徑，ro代表引用半徑。

通過研究發現，礦坑所在含水層均值處于無限分布的狀態，和天然水保持接近水平的位置，可遵從以下公式完成引用半徑以及引用影響半徑計算：

Ro=ro+R，R=10S；ro=F/π；F=a·b

其中b代表垮落區寬度；a代表工作面寬度；S代表水位降深值；F代表開采區面積。

3.2 比擬法

在實施冶金工業礦山開采過程中，某礦井施工面、礦坑排水每個月都保持著持續性增加的狀況，其中在雨季排水量以及施工面增加最為明顯。在運用比擬法實施涌水量計算時，需要結合收集資料，對礦井采掘工程平面面積與排水量關系展開分析，明確兩者之間是否有密切關聯，以便后續展開計算。經過分析發現，開采面積變化與涌水量之間的關聯并不明顯，開采總面積的不斷提升，并沒有引起涌水量持續性上升的狀況，反而使其逐漸趨近于平衡的狀態。因此可以判斷，該礦井涌水增加量相對較少，處于較為正常的涌水狀態，在雨季雖然其數值呈現出了持續性增加的狀況，但所造成影響相對較低。

3.3 類比外推法

①水文地質比擬法。在運用此種方式實施涌水量計算時，會通過對與開采礦井相似礦井數據展開收集與分析的方式，對新建礦井涌水量展開預測與計算。此種計算方式運用存在一定限制，要求需要保證老礦井與新礦井條件的相似性與一致性。由于水文地質條件完全相同礦井相對較少，且即便各項條件完全相同，在開采時也會出現不同狀況，所以此種計算方式只是一種近似計算手段，精準度相對較低，僅供參考使用。②相關分析法。運用相關分析法實施計算時，會通過對礦井水文地質資料的分析與整理，尋找出影響因素與涌水量間的關系，進而展開比擬公式建設，實施后續一系列計算。按照經驗，在對礦坑涌水量展開計算過程中，實施多元復相關計算結果的準確度要遠遠高于單相關計算結果。一方面，應運用抽水資料實施外推計算，即在礦井勘探使其，通過對抽水試驗成果的運用，展開數理統計，進而完成涌水量、水位降深以及井徑回歸方程計算，以通過此種方式完成未來開采水平涌水量計算；另一方面，運用礦山資料展開比擬計算，獲得相應預測結果。

4 結語

本文所介紹涌水量計算方法并不全面，除上述幾種外，還有人工神經網絡法、有限元法以及能量方程法等，各礦井在具體進行涌水量計算時，需要按照礦井自身水文地質條件，通過客觀的優劣分析，篩選出最為適合的計算方式，實現對涌水量的有效計算，以便制定出高水平、高質量的礦井生產、建設、防排水系統設計以及防水措施等方案，進而為礦井生產提供更加優質的服務，確保各生產工作都可順利展開，不會受到涌水的較大影響，從而為礦井企業獲取到更加客觀的經濟收益。