礦井涌水量預(yù)測(cè)課件

礦井涌水量計(jì)算與預(yù)測(cè)

礦井涌水量預(yù)測(cè)

屬地下水動(dòng)力學(xué)的研究范疇：研究地下水在孔隙巖石、裂隙巖石和巖溶巖石中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它是模擬地下水流基本狀態(tài)和地下水中溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程，對(duì)地下水從數(shù)量上和質(zhì)量上進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和合理開(kāi)發(fā)利用，以及興利防害的理論基礎(chǔ)。一、地下水運(yùn)動(dòng)的基本特征

礦井涌水量預(yù)測(cè)1、多孔介質(zhì)一般把由固體骨架和空隙兩部分組成的介質(zhì)，叫多孔介質(zhì)。如砂層、裂隙巖體等。地下水在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為滲流。發(fā)生滲流的區(qū)域稱(chēng)為滲流場(chǎng)。礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)甲河乙河甲河乙河礦井涌水量預(yù)測(cè)2、地下水運(yùn)動(dòng)—假想滲流礦井涌水量預(yù)測(cè)滲流是一種假想水流。假想：（1）假想水流的性質(zhì)（如密度、粘滯性等）和真實(shí)地下水相同；（2）假想水流充滿(mǎn)含水層的整個(gè)空間；（3）假想水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意巖石體積內(nèi)所受的阻力等于真實(shí)水流所受的阻力；（4）通過(guò)任斷面的流量及任一點(diǎn)的壓力或水頭均和實(shí)際水流相同。礦井涌水量預(yù)測(cè)滲流的分類(lèi)：

3、地下水運(yùn)動(dòng)方式礦井涌水量預(yù)測(cè)承壓水和潛水含水層—地下水運(yùn)動(dòng)不同礦井涌水量預(yù)測(cè)①②③④54321礦井涌水量預(yù)測(cè)在承壓含水層中抽水——水從何來(lái)？地面沉降？礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流穩(wěn)定流：在流體的運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)，任一點(diǎn)處流體的速度、壓力、密度等運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變化的稱(chēng)為穩(wěn)定流。

p=f(x,y,z)

或

p/t=0

v=f(x,y,z)

或v/t=0非穩(wěn)定流：

p=f(x,y,z,t)

或

p/t0

v=f(x,y,z,t)

或v/t0礦井涌水量預(yù)測(cè)法國(guó)水力工程師亨利·達(dá)西(HenryDarcy)在裝有均質(zhì)砂土濾料的圓柱形筒中做了大量的滲流實(shí)驗(yàn)，于l856年發(fā)現(xiàn)：

滲透流速與水力坡度成正比，即線(xiàn)性滲流定律，這是滲流基本定律，后人稱(chēng)之為達(dá)西定律。二、達(dá)西定律—層流運(yùn)動(dòng)定律Darcy實(shí)驗(yàn)裝置礦井涌水量預(yù)測(cè)達(dá)西定律—層流運(yùn)動(dòng)定律礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)KK礦井涌水量預(yù)測(cè)一、水井的類(lèi)型根據(jù)水井井徑的大小和開(kāi)鑿方法，分為管井和筒井兩類(lèi)。管井：直徑通常小于0.5m，深度大，常用鉆機(jī)開(kāi)鑿。筒井：直徑大于1m，深度淺，通常用人工開(kāi)挖。根據(jù)水井揭露的地下水類(lèi)型，水井分為潛水井和承壓水井兩類(lèi)。根據(jù)揭露含水層的程度和進(jìn)水條件不同，可分為完整井和不完整井兩類(lèi)。地下水向完整井的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)礦井涌水量預(yù)測(cè)世界深井—探地工程：

世界上已有20口深度4000米以上的深孔

蘇聯(lián)科拉G-3鉆孔深12262米,世界第一超深孔

德國(guó)KTB鉆孔深9100米,為世界第二超深孔

中國(guó)大陸科學(xué)鉆探—江蘇省東?？h，深度5158米，2001-2005年，投資1.5億，2005年中國(guó)十大科技進(jìn)展礦井涌水量預(yù)測(cè)

完整井：水井貫穿整個(gè)含水層，在全部含水層厚度上都安裝有過(guò)濾器，并能全面進(jìn)水的井。

不完整井：水井沒(méi)有貫穿整個(gè)含水層，只有井底和含水層的部分厚度上能進(jìn)水的井。如圖。

礦井涌水量預(yù)測(cè)地下水動(dòng)力學(xué)中井的分類(lèi)潛水井承壓水井根據(jù)水井揭露的地下水類(lèi)型根據(jù)揭露含水層程度和進(jìn)水條件完整井不完整井礦井涌水量預(yù)測(cè)不完整井井周?chē)叵滤S運(yùn)動(dòng)！

礦井涌水量預(yù)測(cè)水向井的運(yùn)動(dòng)潛水向井的運(yùn)動(dòng)承壓水向井的運(yùn)動(dòng)礦井涌水量預(yù)測(cè)井附近的水位降深

1.水位降深

水位降深：初始水頭減去抽水t時(shí)間后的水頭，也簡(jiǎn)稱(chēng)降深。抽水時(shí)，井中心降深最大，離井越遠(yuǎn)，降深越小，形成漏斗狀水頭下降區(qū)。

礦井涌水量預(yù)測(cè)

2.抽水時(shí)，地下水能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)條件

(1)在有側(cè)向補(bǔ)給的有限含水層中，當(dāng)降落漏斗擴(kuò)展到補(bǔ)給邊界后，側(cè)向補(bǔ)給量和抽水量平衡時(shí)，地下水向井的運(yùn)動(dòng)便可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)在有垂向補(bǔ)給的無(wú)限含水層中，隨著降落漏斗的擴(kuò)大，垂向補(bǔ)給量不斷增大。當(dāng)它增大到與抽水量相等時(shí)，將形成穩(wěn)定的降落漏斗，地下水向井的運(yùn)動(dòng)也進(jìn)入穩(wěn)是狀態(tài)。

(3)在沒(méi)有補(bǔ)給的無(wú)限含水層中，隨著抽水時(shí)間的延長(zhǎng)，水位降深的速率會(huì)越來(lái)越小，降落漏斗的擴(kuò)展越來(lái)越慢，在短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)不到明顯的水位下降，這種情況稱(chēng)為似穩(wěn)定狀態(tài)，也稱(chēng)似穩(wěn)定。礦井涌水量預(yù)測(cè)承壓井的Dupuit公式將含水層視為半徑為R的圓形島狀含水層，在R處為定水頭H0。這時(shí)，水流有如下特征：①水流為水平徑向流，即流線(xiàn)為指向井軸的徑向直線(xiàn)，等水頭面為以井為共軸的圓柱面，并和過(guò)水?dāng)嗝嬉恢?；②通過(guò)各過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭嗟?，并等于井的流量。地下水向承壓水井和潛水井的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)礦井涌水量預(yù)測(cè)解析法：穩(wěn)定流公式圓島狀含水層影響半徑是什么？含水層厚度？奧灰400m，都是含水層？滲透系數(shù)K的不均勻性、各向異性、方向性礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)

對(duì)于無(wú)限含水層，可以當(dāng)作似穩(wěn)定處理，R取從抽水井到明顯觀測(cè)不出水位降深處的徑向距離。

但是，對(duì)于無(wú)限含水層，難以確定R。當(dāng)有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí)，可用一個(gè)觀測(cè)孔的水位或降深?；蛲淼茫袃蓚€(gè)觀測(cè)孔時(shí)或此式為T(mén)hiem公式。礦井涌水量預(yù)測(cè)潛水井的Dupuit公式礦井涌水量預(yù)測(cè)有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí)有兩個(gè)觀測(cè)孔時(shí)礦井涌水量預(yù)測(cè)Dupuit公式的應(yīng)用（用途）(1)確定水文地質(zhì)參數(shù)根據(jù)Dupuit公式，在已知含水層厚度和參數(shù)的情況下，只要給出設(shè)計(jì)的合理降深，既可預(yù)報(bào)井的開(kāi)采量；也可按需要的流量，預(yù)報(bào)開(kāi)采后的可能降深值。(2)預(yù)報(bào)流量或降深確定巖土的滲透系數(shù)K、導(dǎo)水系數(shù)T、影響半徑R等。但應(yīng)注意，利用以上公式預(yù)報(bào)時(shí)，含水層必須有補(bǔ)給源，且能和抽水量平衡，達(dá)到穩(wěn)定流條件；否則，不可能出現(xiàn)穩(wěn)定流，利用穩(wěn)定流公式進(jìn)行預(yù)報(bào)，所得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的。礦井涌水量預(yù)測(cè)用途一：確定水文地質(zhì)參數(shù)

（潛水）（承壓水）利用以上求參公式，將抽水試驗(yàn)趨近穩(wěn)定時(shí)的Q及抽水井或觀測(cè)孔的水位降深S代入各式，可以直接求出K或T。（潛水）（承壓水）礦井涌水量預(yù)測(cè)用途二、預(yù)報(bào)涌水量rRhsHR例1

有一潛水完整井，其半徑為0.1m，含水層厚度為8m，土壤的滲透系數(shù)為0.001m/s，抽水時(shí)井中水深為3m，試計(jì)算井的出流量。解：H=8h=3r=0.1k=0.001S=H-h=8-3=5R=3000SK1/2=3000*5*0.0011/2

=474.3Q=1.366K(2H-S)S/(lgR-lgr)=0.02m3/s礦井涌水量預(yù)測(cè)例2：某工程基坑開(kāi)挖的平面尺寸為長(zhǎng)44m，寬22m，坑底標(biāo)高為-6.0m，自然地面標(biāo)高為±0.00，地勢(shì)平坦，地下水位為-2m。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料查明，地面下-2.5m為不透水黏土層，-2.5~-9.0m為細(xì)砂層。-9.0m以下為砂巖不透水層，所以含水層厚度為6.5m，細(xì)砂層滲透系數(shù)K=6m/d，試求涌水量。解：據(jù)題意，細(xì)砂含水層為承壓水層，厚度M=6.5m降深s=6-2=4m

抽水影響半徑：基坑假想半徑：用途二、預(yù)報(bào)涌水量根據(jù)承壓完整井涌水量計(jì)算公式：礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)1、解析法（大井法）大井法涌水量預(yù)測(cè)中，把坑道系統(tǒng)所占面積簡(jiǎn)化為一個(gè)圓形的大井，然后應(yīng)用地下水向井運(yùn)動(dòng)的公式預(yù)測(cè)坑道系統(tǒng)的涌水量。注意：

1)坑道系統(tǒng)的長(zhǎng)度與寬度的比值應(yīng)小于10。

2)坑道系統(tǒng)的引用影響半徑R0R0=R+r0

礦井涌水量預(yù)測(cè)大井法實(shí)例1.某緩傾斜層狀礦床，坑道系統(tǒng)周長(zhǎng)630m，不規(guī)則多邊形長(zhǎng)寬比=2.5，影響半徑R=900m，滲透系數(shù)K=0.2m/d，潛水含水層厚度100m，坑道系統(tǒng)布置在含水層底板，試預(yù)測(cè)其涌水量。解：據(jù)題意

R=900mK=0.2m/dS=H=100m

r0=P/2=630/2=100m

R0=R+r0=1000m應(yīng)用潛水完整井公式：

Q=1.366K(2H-S)S/lg(R0/r0)=2732m3/d

2.教材P221礦井涌水量預(yù)測(cè)2、水均衡法水均衡法：詳細(xì)分析礦區(qū)地下水來(lái)源，分別計(jì)算不同補(bǔ)給來(lái)源的礦坑涌水量，總涌水量等于各部分涌水量的總和。計(jì)算較復(fù)雜，用于計(jì)算露天采礦場(chǎng)和不深的地下坑道時(shí)。1）露天采礦場(chǎng)面積上靜儲(chǔ)量的消耗量2）采礦場(chǎng)周?chē)德渎┒贩秶鷥?nèi)的靜儲(chǔ)量的消耗量h——含水層平均厚度；R——疏干時(shí)的影響半徑μ——給水度或裂隙度L——疏干地段的周長(zhǎng)總靜儲(chǔ)量礦井涌水量預(yù)測(cè)水均衡法（續(xù)）動(dòng)儲(chǔ)量：3）直接降落在露天采場(chǎng)內(nèi)的大氣降水q34）采礦場(chǎng)外圍降水滲入的水量q4A——年平均降雨量；

F1——露天采礦場(chǎng)面積；

t——一年時(shí)間；

F——露天采場(chǎng)外礦區(qū)集水面積（降落漏斗范圍）

φ——地下逕流系數(shù)。F1F礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)3、水文地質(zhì)比擬法基本思想：類(lèi)比法。即在同一地區(qū)，地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相同或相似的礦坑其涌水量應(yīng)是接近的。用途：根據(jù)已有開(kāi)采地段的實(shí)際涌水量預(yù)測(cè)新開(kāi)采地段可能的涌水量，從而為疏排水工程的配置提供依據(jù)。礦井涌水量預(yù)測(cè)涌水量——降深—面積比擬法問(wèn)題——是否與面積降深呈比例關(guān)系礦井涌水量預(yù)測(cè)水文地質(zhì)比擬法方法一：根據(jù)單位涌水量換算礦坑涌水量

實(shí)踐或試驗(yàn)研究證明，礦坑涌水量與礦坑面積或體積的擴(kuò)大成正比增加。因此，收集現(xiàn)有生產(chǎn)礦坑排水資料、礦坑面積或體積、水位降低值，即可換算出新的礦坑的涌水量。假定：Q0—已有礦坑總涌水量，m3/d;F0—已有礦坑的開(kāi)采面積，m2;S0—已有礦坑的水位減低值，m則已有礦坑單位面積、單位降深的涌水量q0為：這樣，新開(kāi)采（設(shè)計(jì)）礦坑的總涌水量即可表示為：Fnew—新開(kāi)采礦坑的開(kāi)采面積，m2;Snew—新開(kāi)采礦坑的設(shè)計(jì)平均水位減低值，m。礦井涌水量預(yù)測(cè)水文地質(zhì)比擬法——富水系數(shù)法

在一定時(shí)期內(nèi)，從礦坑中排出的水量，與同一時(shí)期開(kāi)采出的礦石重量之比，稱(chēng)為富水系數(shù)（KB），即Q0—礦坑排水量，m3/a;P0—礦坑的礦石開(kāi)采量，t/a;在與上述礦坑地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和開(kāi)采條件相同或相似的新開(kāi)采地段，礦坑的總涌水量為：Pnew—新開(kāi)采礦坑的設(shè)計(jì)礦石開(kāi)采量，t/a.礦井涌水量預(yù)測(cè)相關(guān)分析法—建立在大型放水試驗(yàn)基礎(chǔ)上礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)防治水投入X———新增煤產(chǎn)值關(guān)系Y防治水投入2萬(wàn)————新增產(chǎn)值60萬(wàn)元防治水投入4萬(wàn)————新增產(chǎn)值80萬(wàn)元防治水投入8萬(wàn)————新增產(chǎn)值120萬(wàn)元防治水投入16萬(wàn)————新增產(chǎn)值？萬(wàn)元考考你自己？正確答案礦井涌水量預(yù)測(cè)防治水投入X———新增煤產(chǎn)值關(guān)系Y防治水投入2萬(wàn)————新增產(chǎn)值60萬(wàn)元防治水投入4萬(wàn)————新增產(chǎn)值80萬(wàn)元防治水投入8萬(wàn)————新增產(chǎn)值120萬(wàn)元防治水投入16萬(wàn)————新增產(chǎn)值？萬(wàn)元考考你自己？正確答案礦井涌水量預(yù)測(cè)礦井涌水量預(yù)測(cè)井下水量測(cè)量方法1、水溝流速浮標(biāo)法

Q=0.8F

Vm3/sec;V=L/tm/sec

Q-流量、F-過(guò)水?dāng)嗝妗-水溝流速、

L-浮標(biāo)流經(jīng)距離、t-浮標(biāo)流經(jīng)L距離的時(shí)間2、堰測(cè)法三角堰梯形堰

h-水流流過(guò)堰口高度;B-梯形堰堰口底部寬度3、儲(chǔ)水池容積法4、水倉(cāng)水泵觀測(cè)法礦井涌水量預(yù)測(cè)裂隙巖溶水運(yùn)動(dòng)的方法

裂隙是巖溶水主要儲(chǔ)存空間和滲流通道，按規(guī)模和對(duì)巖溶水儲(chǔ)存滲流所起的作用，可大致劃分大裂隙、中裂隙、小裂隙和微裂隙