礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))課件

礦床水文地質(zhì)學(xué)礦床水文地質(zhì)學(xué)

一、本課程研究目的和意義井工開(kāi)采礦山主要災(zāi)害：瓦斯爆炸、突水事故、冒頂、煤層自燃。地下水和礦是相伴而生的，礦產(chǎn)開(kāi)采將破壞含水層結(jié)構(gòu)，造成水資源的損失。目的和意義：在礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，如何避免發(fā)生突水事故，減小水資源的破壞。一、本課程研究目的和意義二、研究?jī)?nèi)容（1）礦床水文地質(zhì)條件（2）礦井涌水的預(yù)測(cè)（3）礦井突水的預(yù)測(cè)及其防治技術(shù)二、研究?jī)?nèi)容

第一章有關(guān)礦床與采礦的基礎(chǔ)知識(shí)第一章有關(guān)礦床與采礦的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)有關(guān)礦床的基礎(chǔ)知識(shí)一、礦石、礦體、礦床與礦產(chǎn)礦石：凡含經(jīng)濟(jì)上有價(jià)值和技術(shù)上可提取有用元素、化合物或礦物的巖石，稱(chēng)為礦石。礦體：礦石的自然堆積體稱(chēng)礦體。礦體是獨(dú)立的地質(zhì)體，有一定的形狀、大小和產(chǎn)狀，并占有一定空間。礦床：有成礦地質(zhì)作用在地殼中形成的質(zhì)和量皆符合當(dāng)前技術(shù)條件，可被開(kāi)采和利用的地質(zhì)體稱(chēng)為礦床。由礦體和圍巖組成。一個(gè)礦床可有一個(gè)或多個(gè)礦體組成。礦產(chǎn)：在地殼中，有地質(zhì)作用形成和能被利用的礦物資源稱(chēng)為礦產(chǎn)。根據(jù)工業(yè)用途分為三大類(lèi)：金屬礦產(chǎn)（黑色、有色、輕貴、稀有和放射性金屬）非金屬礦產(chǎn)（金剛石、云母、石英等）可燃有機(jī)礦產(chǎn)（煤、石油）此外，地下水也是不可缺少的礦產(chǎn)資源被開(kāi)發(fā)和利用第一節(jié)有關(guān)礦床的基礎(chǔ)知識(shí)一、礦石、礦體、礦床與礦產(chǎn)二、礦體的形狀和產(chǎn)狀1.礦體的形狀：礦體在空間的存在形態(tài)。根據(jù)礦體延伸情況分為三個(gè)基本類(lèi)型：

等軸型礦體：如礦瘤，可處在含水層或隔水層中。

板狀型礦體：如礦層、透鏡體等，其頂、底板（或其一）可為含水層。

柱狀型礦體：如礦筒，可分布在含水層或隔水層中。

不規(guī)則礦體：介于三個(gè)基本類(lèi)型之間的為過(guò)度型礦體和不規(guī)則形態(tài)礦體，如網(wǎng)狀、放射狀礦體等。網(wǎng)狀礦體二、礦體的形狀和產(chǎn)狀網(wǎng)狀礦體2.礦體的產(chǎn)狀：指礦體產(chǎn)出的地質(zhì)位置和產(chǎn)出形態(tài)。包括礦體的構(gòu)造位置、形狀、大小、與圍巖的接觸關(guān)系及其空間方位等。

通常以礦體（層）的走向、傾向及其傾角表示。

按產(chǎn)狀（傾角）礦體可分為：小于30的為水平礦體；

30至300的為緩傾斜礦體;300至450-550的為傾斜礦體；大于450-550的為急傾斜礦體。2.礦體的產(chǎn)狀：指礦體產(chǎn)出的地質(zhì)位置和產(chǎn)出形態(tài)。

三、礦石品位和礦產(chǎn)儲(chǔ)量

1.礦石品位：指礦石中有用組分的含量，是衡量礦石質(zhì)量的主要標(biāo)志。常以有用礦物的單位重量或體積的含量表示(g/m3或kg/m3或g/t)。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，工業(yè)對(duì)礦石中主要有用組分的最低含量要求稱(chēng)為工業(yè)品位。它隨著工藝技術(shù)、礦石儲(chǔ)量、綜合利用情況和國(guó)家對(duì)該礦石的需要等條件的變化而變化。用以圈定工業(yè)礦體邊界的品位稱(chēng)為邊界品位，低于的為夾石。2.礦產(chǎn)儲(chǔ)量：即礦產(chǎn)在地下的埋藏量，是確定礦山規(guī)模、投資和礦山服務(wù)年限的主要依據(jù)。在地質(zhì)調(diào)查期間，應(yīng)按不同地段、不同儲(chǔ)量級(jí)別、不同礦石自然類(lèi)型、不同工業(yè)品位等分別計(jì)算儲(chǔ)量；開(kāi)采時(shí)還須計(jì)算生產(chǎn)儲(chǔ)量。一般情況，露天開(kāi)采時(shí)應(yīng)計(jì)算開(kāi)拓儲(chǔ)量及備采儲(chǔ)量；地下開(kāi)采時(shí)應(yīng)計(jì)算開(kāi)拓、采準(zhǔn)及備采三級(jí)儲(chǔ)量。三、礦石品位和礦產(chǎn)儲(chǔ)量四、礦床成因類(lèi)型

（1）巖漿礦床：伴隨地殼中巖漿活動(dòng)而形成的礦床，如鉻、鉑、金剛石、銅、鐵、磷等。該礦床多與圍巖發(fā)育各種裂隙，故裂隙水是該礦床主要充水水源。

（2）偉晶巖礦床：晶體粗大的脈狀礦體，富含稀有及放射性元素，如鋰、云母、水晶等。本身裂隙較發(fā)育，多成為含水較豐富的裂隙水帶。

（3）氣水-熱液礦床：是由含水、揮發(fā)性組分及成礦組分的氣水熱液，在運(yùn)移中，成礦物質(zhì)通過(guò)充填或交代作用所形成的礦床。四、礦床成因類(lèi)型四、礦床成因類(lèi)型

（4）風(fēng)化礦床：由地殼表層風(fēng)化作用形成的礦床，主要產(chǎn)出鐵、錳、鋁、鎳、鈷、金、金剛石、磷塊巖及高嶺土等。其主要充水層為風(fēng)化裂隙潛水層。

（5）沉積礦床：由地表沉積作用形成的礦床。

（6）變質(zhì)礦床：伴隨巖石變質(zhì)過(guò)程，由有用元素富集而成的礦床。除了金、鈾、銅、鋅等金屬礦產(chǎn)外，還產(chǎn)滑石、菱鎂礦、硼、石么棉等非金屬礦產(chǎn)，多數(shù)為水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床。四、礦床成因類(lèi)型第二節(jié)采礦基礎(chǔ)知識(shí)一、礦床的開(kāi)采單位對(duì)面積大、儲(chǔ)量多的礦體，通常按礦體賦存條件分成從大到小的若干個(gè)開(kāi)采單位，劃歸相應(yīng)的采礦企業(yè)進(jìn)行開(kāi)采。其中：1.劃歸公司或礦務(wù)局開(kāi)采的礦體，稱(chēng)為礦區(qū)；2.礦務(wù)局或公司下設(shè)一個(gè)或幾個(gè)礦山，劃歸一個(gè)企業(yè)開(kāi)采的礦體稱(chēng)為礦田；3.在一個(gè)礦山中，劃歸一個(gè)礦井（坑口）開(kāi)采的礦體稱(chēng)為井田；第二節(jié)采礦基礎(chǔ)知識(shí)一、礦床的開(kāi)采單位4.水平煤層的盤(pán)區(qū)劃分在水平礦層中一般都先在井田中部開(kāi)掘主要運(yùn)輸平巷，然后在其兩側(cè)將井田劃分成若干個(gè)盤(pán)區(qū)，再把盤(pán)區(qū)分成礦壁，依次進(jìn)行開(kāi)采。5.傾斜煤層的階段劃分對(duì)傾斜的礦體，多沿傾斜按一定標(biāo)高分若干個(gè)平行于走向的長(zhǎng)條，稱(chēng)為階段。當(dāng)階段面積仍較大時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步劃分成幾個(gè)采區(qū)。每個(gè)采區(qū)沿傾斜亦應(yīng)布置幾個(gè)開(kāi)采工作面．稱(chēng)區(qū)段。4.水平煤層的盤(pán)區(qū)劃分二、礦床開(kāi)采方式

采用露天開(kāi)采或地下開(kāi)采二種方式，有的則采用上述兩種方式聯(lián)合開(kāi)采。

1.露天開(kāi)采及露天礦場(chǎng)的構(gòu)成當(dāng)?shù)V床埋藏近地表、覆蓋層較薄，或開(kāi)采由淺延至深部礦床的淺部礦體時(shí)，宜用露天方式開(kāi)采，即從地面以較大面積直接向深處掘露天溝道，形成工作面開(kāi)采礦石的方式。我國(guó)北方許多大型煤礦床，某些金屬、非金屬礦床及建筑材料，都用露天方式開(kāi)采。其特點(diǎn)是生產(chǎn)能力大、效率高、成本低，勞動(dòng)環(huán)境好。二、礦床開(kāi)采方式

依據(jù)礦體的賦存條件，露天開(kāi)采分為山坡露天開(kāi)采形態(tài)(A)和深凹露天開(kāi)采形態(tài)(B).依據(jù)礦體的賦存條件，露天開(kāi)采分為山坡露天開(kāi)采形態(tài)露天采礦場(chǎng)的構(gòu)成要素

圖中，BC為原地表面線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)部分為礦體；AD為工作幫，由正進(jìn)行采掘工作的臺(tái)階組成，各臺(tái)階平面稱(chēng)工作平盤(pán)；KG為工作幫坡線(xiàn)，即工作幫最上和最下臺(tái)階的坡底連線(xiàn)，ψ為工作幫坡角，即工作幫坡線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角；BE和CF為最上非工作臺(tái)階坡頂線(xiàn)與最下非工作臺(tái)階坡底線(xiàn)的連線(xiàn)；β和δ為最終邊坡線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角；AK與EF為某一開(kāi)采深度和開(kāi)采結(jié)束時(shí)的采礦場(chǎng)底部平面，稱(chēng)底盤(pán)。露天采礦場(chǎng)的構(gòu)成要素圖中，BC為原地表面線(xiàn)2．地下開(kāi)采及其井巷應(yīng)用地下開(kāi)采方式開(kāi)采埋深在地下深處的礦床，就是利用適宜類(lèi)型的地下巷道和不同的采礦方法從地下采出礦石。其中屬于垂直巷道者，它的四壁稱(chēng)幫，下面稱(chēng)底。根據(jù)采礦設(shè)計(jì)要求，開(kāi)采時(shí)依據(jù)需要把巷道組合起來(lái)使用，稱(chēng)為巷（坑）道系統(tǒng)。2．地下開(kāi)采及其井巷

圖中：①豎井：地面掘進(jìn)的大口徑井筒，系主要垂直通道；②斜井：由地面掘進(jìn)有一定傾角的大口徑井筒，是主要傾斜通道；③平峒：由地面掘進(jìn)的水平巷道；④盲井或暗井：與地面不直接相通的豎井或斜井；⑤溜井：連接上、下水平，專(zhuān)用于放礦的井筒；⑥石門(mén)：垂直礦體走向，開(kāi)掘在巖層中的水平巷道；⑦礦門(mén)：垂直礦體走向，開(kāi)掘在礦層中的水平巷道；⑧流道：在地下溜礦用的傾斜巷道；⑨上山道：在地下沿礦體傾斜向上開(kāi)掘的巷道；⑩下山道：沿礦體傾斜向下開(kāi)掘的巷道；⑾小井：與地面相通，作通風(fēng)或臨時(shí)提升用的小型豎井。屬于水平巷道者，水平巷道的頂稱(chēng)為頂板，底稱(chēng)為底板，兩側(cè)成為幫；⑿露天礦：為露天開(kāi)采部分。圖中：①豎井：地面掘進(jìn)的大口徑井筒，系主要礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件三、開(kāi)采礦床步驟

(1)開(kāi)拓:據(jù)設(shè)計(jì)從地面到礦體開(kāi)掘一系列的開(kāi)拓巷道，建立運(yùn)輸、通風(fēng)、排水和供水等工程系統(tǒng)。在開(kāi)拓期．主要開(kāi)掘豎(斜)井筒、平硐、盲井、石門(mén)、階段平巷、主餾井及井底車(chē)場(chǎng)等。

(2)采準(zhǔn):就是在已開(kāi)拓的階段或盤(pán)區(qū)中，進(jìn)一步切割成采區(qū)或礦壁，為回采作準(zhǔn)備工作；同時(shí)作為行人、運(yùn)輸和通風(fēng)之用。

(3)回采:是從完成采準(zhǔn)的采區(qū)或礦壁中大量采出礦石的生產(chǎn)過(guò)程，包括落礦、運(yùn)出礦石和管理地壓等項(xiàng)作業(yè)。采礦工作面稱(chēng)回采面或掌子面，回采后的空間稱(chēng)采空區(qū)。

三、開(kāi)采礦床步驟

四、地下采礦方法簡(jiǎn)介

地下采礦方法是地下采礦時(shí)對(duì)采區(qū)的采準(zhǔn)和回采所使用的開(kāi)采方法。依據(jù)回采時(shí)對(duì)地壓的處理方法（頂板管理方法）可將其分為三類(lèi)。

采礦方法自然支撐采礦法人工支撐采礦法

崩落采礦法

四、地下采礦方法簡(jiǎn)介采礦方法自然支撐采礦法人工支

(1)

自然支撐采礦法（礦柱支撐法）：在礦體和圍巖穩(wěn)固的礦區(qū)采礦，利用未采的礦(巖)柱支撐采空區(qū)，把采區(qū)中大部分礦石回采出來(lái)；同時(shí)，未采的礦巖又不會(huì)自行垮落，此稱(chēng)自然支撐采礦法。具體做法是把采區(qū)劃分為礦房和礦柱，先采礦房，后采礦柱，回采礦房時(shí)形成的采空區(qū)，利用永久或臨時(shí)的礦柱支撐。為了開(kāi)采下階段的安全，仍需對(duì)回采后的采空區(qū)進(jìn)行處理。(1)自然支撐采礦法（礦柱支撐法）：在礦(2)

人工支撐采礦法：這是隨回采工作面的推進(jìn)，采用人工支撐的辦法控制地壓和保護(hù)地下采礦場(chǎng)地的采礦方法。使用比較多的是充填法。

充填法的優(yōu)點(diǎn)在于：頂板巖層下落移動(dòng)量小，可在基本不改變上覆地層水文地質(zhì)條件的情況下進(jìn)行開(kāi)采。它適用于：①接近或埋藏在地表水體或重要建筑物下面的礦體，或頂板上面分布有豐富地下水。不允許產(chǎn)生地表塌陷或能溝通水源的礦區(qū)；②露天與地下同時(shí)升采，需保護(hù)露天礦場(chǎng)不塌落的礦區(qū)：③開(kāi)采稀有、貴重或高品位礦床或有自燃危險(xiǎn)的礦區(qū)。

當(dāng)前采用的充填法，主要有水砂或尾砂充填采礦法和膠結(jié)充填采礦法兩種。(2)人工支撐采礦法：這是隨回(3)崩落采礦法（全部垮落法）：隨回采發(fā)展，采用自行或強(qiáng)制地崩落上盤(pán)巖石，由其充滿(mǎn)采空區(qū)，使巖體應(yīng)力達(dá)到新的平衡，一控制地壓和處理采空區(qū)，確保安全生產(chǎn)，稱(chēng)為崩落采礦法。

此法廣泛用于煤礦區(qū)和圍巖不穩(wěn)定的礦區(qū)。由于崩落體的滲透性遠(yuǎn)高于崩落前，且崩落又可達(dá)地面，形成塌陷和裂縫。在可能溝通強(qiáng)含水層時(shí)或城市、地表水或重要建筑物下面，不允許采用。(3)崩落采礦法（全部垮落法）：隨回五、礦床頂板類(lèi)型

（1）偽頂：煤層之上，一般為厚度較薄的炭質(zhì)頁(yè)巖層，易破碎剝落。

（2）直接頂：偽頂之上，多由粘土巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖或節(jié)理發(fā)育的砂巖組成，一般一層或幾層，回采后短期會(huì)垮落。

（3）老頂：直接頂上面的厚度較大的堅(jiān)硬巖層，多為砂巖、礫巖和灰?guī)r?；夭珊蟛浑S直接頂垮落，而較長(zhǎng)時(shí)間維持一定面積的懸空區(qū)。五、礦床頂板類(lèi)型

一、礦山沉陷的形成

當(dāng)?shù)V體（如煤、金屬礦石等）從地下被開(kāi)采出來(lái)后，上部巖體失去支撐而導(dǎo)致平衡破壞，應(yīng)力重新分布，以期達(dá)到新的平衡。在此過(guò)程中，地層內(nèi)部巖石的強(qiáng)度和內(nèi)聚力大大降低，采空區(qū)上部巖體變形和移動(dòng)會(huì)向上波及地表，并在地表呈現(xiàn)出塌陷、裂縫和臺(tái)階等多種形式的變形，形成地表移動(dòng)盆地。第三節(jié)開(kāi)采沉陷的基本規(guī)律一、礦山沉陷的形成第三節(jié)開(kāi)采沉陷的基本規(guī)律(a)L=38m

(b)L=90m

(c)L=158m

(d)L=225m

相似模擬實(shí)驗(yàn)(a)L=38m(b)L=90m(c)L=158m相似模擬實(shí)驗(yàn)相似模擬實(shí)驗(yàn)

二、采空區(qū)覆巖破壞的垂直分帶

采空區(qū)上覆巖層的變形破壞可以劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲帶三個(gè)特征不同的區(qū)域。

二、采空區(qū)覆巖破壞的垂直分帶

（1）冒落帶

冒落帶是采煤工作面放頂后引起煤層直接頂板巖層產(chǎn)生的破壞范圍。其形成的機(jī)理主要是由于巷道頂板的巖石重量超過(guò)其抗拉強(qiáng)度引起的。

冒落帶高度可采用如下經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中：M—煤層的采厚（m）；

Kp—碎脹系數(shù)。

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（2）

裂隙帶

裂隙帶位于冒落帶之上，主要由巖層離層及其相對(duì)滑移而生成，與冒落帶之間并無(wú)明顯的界限。

裂隙帶高度可由如下經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中：c、d—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，因地質(zhì)情況差異而變化。M—煤層的采厚（m）

冒落帶和裂隙帶統(tǒng)稱(chēng)為透水裂隙帶。

（3）彎沉帶彎沉帶又稱(chēng)整體移動(dòng)帶，是指裂隙帶以上至地表的巖土層。在垂直剖面圖上，其上下各部分的沉降差異很小，一般不會(huì)出現(xiàn)離層現(xiàn)象。這一區(qū)域也有可能出現(xiàn)裂縫，但其微小，數(shù)量較少，貫通性很差，導(dǎo)水性微弱。（2）裂隙帶三、覆巖破壞影響范圍的形態(tài)特征在采用全部跨落法管理頂板時(shí)，覆巖破壞性影響范圍的形態(tài)特征與煤層的產(chǎn)狀有關(guān)，也受覆巖巖性的影響。

（1）水平及緩傾斜煤（礦）層（0～350）：在沿采空區(qū)走向和傾向剖面上，整個(gè)覆巖破壞影響范圍形態(tài)類(lèi)似于馬鞍形，采空區(qū)四周邊界上方覆巖破壞性影響范圍的高度略高于中部，最高點(diǎn)位于開(kāi)采邊界以?xún)?nèi)或以外數(shù)米內(nèi)。

（2）中傾斜煤（礦）層（36～540）：冒落帶和裂隙帶的最大高度位于采空區(qū)上邊界附近的上方，整個(gè)覆巖破壞性影響范圍的形態(tài)呈上大下小的拋物線(xiàn)形狀。

（3）急傾斜煤（礦）層（55～900）：覆巖破壞性影響范圍偏重于采空區(qū)上邊界，而在下邊界微弱。三、覆巖破壞影響范圍的形態(tài)特征礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件

四、底板破壞深度

由于礦山壓力、水壓力、巖性組合與強(qiáng)度因素以及采礦方法的差異，底板的破壞深度有較大區(qū)別，比如斷層的出現(xiàn)，將會(huì)大大增加底板的破壞深度。目前，我國(guó)主要依據(jù)突水和試驗(yàn)資料總結(jié)出底板突水系數(shù)法，以此進(jìn)行粗略估算（具體算法后面有介紹）。其破壞形態(tài)與頂板類(lèi)似，多為馬鞍形。

四、底板破壞深度

五、影響礦山沉陷的主要因素

（1）采空區(qū)的開(kāi)采方式和開(kāi)采面積

（2）頂板管理方式

（3）上部巖石的組成、層位及其巖石的物理力學(xué)性質(zhì)

（4）開(kāi)采深度

（5）上部土層的厚度

（6）采空區(qū)的傾角

（7）巖體本身的一些缺陷

（8）邊緣煤柱的穩(wěn)定性

（9）采煤厚度(10)地形條件五、影響礦山沉陷的主要因素

第二章礦床充水條件與礦床水文地質(zhì)類(lèi)型第二章礦床充水條件第一節(jié)礦床充水條件分析一、礦床充水條件的含義

礦床充水、充水強(qiáng)度：自然狀態(tài)下礦床和圍巖中賦存的水稱(chēng)為礦床充水，其水量水量大小稱(chēng)充水強(qiáng)度。礦井（坑）涌水、涌水強(qiáng)度：采礦時(shí)流入井巷的水稱(chēng)為礦井（坑）涌水，其水量水量大小稱(chēng)涌水強(qiáng)度。

礦井突水、突水強(qiáng)度：超過(guò)礦井正常排水能力的瞬時(shí)大量涌水稱(chēng)為礦井突水，其水量水量大小稱(chēng)突水強(qiáng)度。

礦床充水條件：充水水源和涌水通道是形成礦井涌水的必備條件，加上影響涌水強(qiáng)度諸因素，三者綜合作用稱(chēng)為礦床充水條件。第一節(jié)礦床充水條件分析一、礦床充水條件的含義二、礦床充水水源

1.以大氣降水為主要充水水源的礦床

主要指直接受大氣降水滲入補(bǔ)給的礦床。多屬于包氣帶中、埋藏較淺、充水層裸露、位于分水嶺地段的礦床或露天礦區(qū)，其涌水特征為：

（1）礦井涌水動(dòng)態(tài)與當(dāng)?shù)亟涤陝?dòng)態(tài)相一致，具有明顯的季節(jié)性和多年周期性的變化規(guī)律。（2）多數(shù)礦床隨采深增加礦井涌水量逐漸減少，其涌水峰值出現(xiàn)滯后的時(shí)間加長(zhǎng)。（3）礦井涌水量的大小還與降水性質(zhì)、強(qiáng)度、連續(xù)時(shí)間及入滲條件有密切關(guān)系。二、礦床充水水源2.以地表水為主要充水水源的礦床這類(lèi)礦床賦存在山區(qū)河谷和平原區(qū)河流、湖泊、海洋等地表水體的附近或其下面。根據(jù)地表水進(jìn)入井巷的方式和強(qiáng)弱，分為四種情況：地表水不補(bǔ)給者；地表水微弱補(bǔ)給者；地表水補(bǔ)給者；地表水灌入式補(bǔ)給者。

涌水規(guī)律為：（1）礦井涌水動(dòng)態(tài)隨地表水的豐枯作季節(jié)性變化，且涌水強(qiáng)度與地表水的類(lèi)型、性質(zhì)和規(guī)模有關(guān)。（2）礦井涌水強(qiáng)度還與井巷到地表水水體的距離、巖性和構(gòu)造條件有關(guān)。（3）采礦方法的影響。2.以地表水為主要充水水源的礦床

3.以地下水為主要充水水源的礦床能造成井巷涌水的含水層稱(chēng)礦床充水層。對(duì)于非充水含水層，當(dāng)開(kāi)礦破壞了其隔水條件時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)化為充水層。有如下規(guī)律：（1）礦井涌水強(qiáng)度與充水層的空隙性及其富水程度有關(guān)。（2）礦井涌水強(qiáng)度與充水層厚度和分布面積有關(guān)。（3）礦井涌水強(qiáng)度及其變化，還與充水層水量組成有關(guān)。當(dāng)涌入水以?xún)?chǔ)存量為主時(shí)，初期涌水量大，易突水，后逐漸減少，易疏干；當(dāng)涌入水以補(bǔ)給量為主時(shí)，涌水量由小到大，后又相對(duì)穩(wěn)定，不易疏干。3.以地下水為主要充水水源的礦床4.以老空水為主要充水水源的礦床

老采空區(qū)（包括被淹沒(méi)井巷），其中充滿(mǎn)大量積水，范圍不明，連通復(fù)雜，水量大，酸性強(qiáng)，水壓高。一旦接近，易發(fā)生突水。

有如下規(guī)律：（1）采空區(qū)年代愈老，地下水的酸性越強(qiáng)，對(duì)礦山設(shè)備危害愈大；（2）其水量大，來(lái)勢(shì)猛，破壞性大。4.以老空水為主要充水水源的礦床三、礦井涌水通道

（一）自然涌水通道

1.地層裂隙與斷層帶

堅(jiān)硬巖層中的礦床，其中的節(jié)理型裂隙較發(fā)育部位，彼此連同時(shí)可構(gòu)成裂隙涌水通道；由中小型斷裂帶形成的導(dǎo)水通道，比較常見(jiàn)。有以下兩種類(lèi)型：

（1）隔水?dāng)嗔褞В鹤匀粻顟B(tài)下斷裂本身不含水，又隔斷了斷層兩側(cè)含水層間的水平水力聯(lián)系。多分布在較軟的塑性巖層中，或因斷層構(gòu)造巖或充填物被壓密或膠結(jié)所致。井巷通過(guò)時(shí)多處干燥狀態(tài)，對(duì)分區(qū)疏干和防治水有利。在垂直方向上可為阻水的；也可為導(dǎo)水的，即可在其一側(cè)或兩側(cè)破碎帶中發(fā)生上下含水層間的水力聯(lián)系，成為涌水通道。礦床開(kāi)采后，這類(lèi)斷裂有可能轉(zhuǎn)變成水平透水或垂直導(dǎo)水的斷裂帶。三、礦井涌水通道

（2）透水?dāng)嗔褞?開(kāi)采前斷裂面間及兩側(cè)破碎帶匯水并充滿(mǎn)水，既可產(chǎn)生水平的又可產(chǎn)生垂直的水力聯(lián)系。這類(lèi)通道如與其他水源相連通，則可造成穩(wěn)定的涌(突)水；與其它水源無(wú)聯(lián)系者，則為孤立的含水帶，涌水時(shí)，雖水壓高，但涌水量一般不大，易疏干。在一般情況下，一個(gè)較大規(guī)模的斷裂帶，皆系透水與隔水、阻水與導(dǎo)水段相間出現(xiàn)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜得多，故調(diào)查時(shí)應(yīng)深入地分段研究。（2）透水?dāng)嗔褞?2.巖溶通道

巖溶空間極不均一，可以從細(xì)小的溶孔直到巨大的溶洞。它們可彼此連通，成為溝通各種水源的通道，也可形成孤立的充水管道。

（1）巖溶通道：小型巖溶及溶隙形成的涌水通道，雖可增加礦井涌水量，但尚較??；大、中型巖溶(溶洞及管道)及溶蝕斷裂帶形成的涌水通道，礦井涌水量將大增，更易造成突水災(zāi)害。

（2）導(dǎo)水陷落柱：為形成于碳酸鹽巖地層中的垂直柱狀坍落體，高度可達(dá)幾百米。多數(shù)陷落柱不導(dǎo)水；一些陷落柱或因坍落物疏松，或因充填物受到破壞，則會(huì)成為導(dǎo)水體。有的可溝通礦床頂?shù)装搴畬?，成為礦井涌水通道。

2.巖溶通道

（3）巖溶塌陷及“天窗”在有一定厚度松散層覆蓋的巖溶礦區(qū)，因疏干、突水或涌沙可產(chǎn)生地表塌陷。這些塌陷可成為巖溶水、孔隙水和地表水涌入井巷的通道。其涌水特征是，下部巖溶越發(fā)育、塌陷越嚴(yán)重，通道越通暢，涌水與涌沙量越多。當(dāng)巖溶含水層的隔水頂板有透水天窗時(shí)，不僅該部位易產(chǎn)生地表塌陷，天窗本身即可成為溝通上部水源涌入井巷的通道。

3.孔隙通道

孔隙通道，主要是指松散層粒間的孔隙輸水。它可在開(kāi)采砂礦床和開(kāi)采上覆松散層的深部基巖礦床時(shí)遇到。前者多為均勻涌水，僅在大顆粒地段和有豐富水源的礦區(qū)才可導(dǎo)致突水；后者多在建井時(shí)期造成危害。此類(lèi)通道可輸送本含水層水入井巷，也可成為溝通地表水的通道。（3）巖溶塌陷及“天窗”（二）人為涌水通道

（1）頂板冒落裂隙通道采用崩落法采礦造成的透水裂隙，如抵達(dá)上覆水源時(shí)．則可導(dǎo)致該水源涌入井巷，造成突水。如接近礦床頂板含水，則要進(jìn)行頂板管理，不允許崩落后裂隙抵達(dá)強(qiáng)含水層，且應(yīng)先開(kāi)采弱含水地段；間接頂板含水的礦床，應(yīng)充分利用隔水頂板的抗水性能，減少可井涌水量。上覆地表水或老空水和接受降水補(bǔ)給的礦床，要控制其裂隙不抵達(dá)地表水或老空水和風(fēng)化帶。（二）人為涌水通道

（2）底板突破通道當(dāng)巷道底板下有間接充水層時(shí)，便會(huì)在地下水壓力和礦山壓力作用破壞底板隔水層，形成人工裂隙通道。導(dǎo)致下部高壓地下水涌入井巷造成突水。

（3）鉆孔通道在各種勘探鉆孔施工時(shí)均可溝通礦床上、下各含水層或地表水。如勘探結(jié)束后封閉不良或未封閉，開(kāi)采中揭露它們就會(huì)造成突水事故。鉆孔出水以其接近舊鉆孔、地層無(wú)破壞、雖有大小壓而無(wú)大水量等特征，易與其他突水相區(qū)別。當(dāng)它與其他水源溝通時(shí)，亦可造成來(lái)水猛、壓力大的突水事故。（2）底板突破通道四、影響礦床涌水強(qiáng)度的其他因素

礦井涌水量的大小，除直接與充水水源和通道的性質(zhì)有關(guān)外，還和下述主要影響因素有關(guān)。

1.礦床的邊界條件（滲透性）礦床與充水層的邊界條件，對(duì)未來(lái)礦井涌水量大小起主要的控制作用．要求在調(diào)查階段予以查明。

（1）側(cè)向邊界：當(dāng)?shù)V床和直接充水含水系統(tǒng)之間有強(qiáng)透水邊界時(shí)，開(kāi)采時(shí)外系統(tǒng)地下水或地表水會(huì)迅速而大量地流入礦井，供水充足的邊界越長(zhǎng)則涌水量越多越穩(wěn)定；如礦體或直接充水層被隔水邊界所封閉，則礦井涌水量較小或由大變小，甚至干涸。四、影響礦床涌水強(qiáng)度的其他因素

（2）頂、底部邊界：礦床及其頂、底部的隔、透水條件，對(duì)礦井涌水強(qiáng)度亦起控制作用。因此，如能保持它們的隔水性能或減弱其滲透強(qiáng)度，即可達(dá)到保持或減弱礦井涌水量的目的。

頂?shù)装暹吔缬兴姆N情況：

（1）直接頂?shù)装寰强煽扛羲畬樱緹o(wú)外部水補(bǔ)給；

（2）底板隔水，礦體與直接充水層只能獲得較強(qiáng)或弱的大氣降水或地表水補(bǔ)給；

（3）頂板隔水，僅通過(guò)弱透水底板產(chǎn)生越流或直接獲得強(qiáng)補(bǔ)給；

（4）頂板及底板皆由強(qiáng)或弱透水層構(gòu)成。如隔水層的巖性致密，則隔水能力強(qiáng)，如其厚度大而穩(wěn)定且完整性好，礦井的涌水量及其變幅皆較小；在其變薄、缺失或破碎等抗張強(qiáng)度降低的地段上，涌水量則會(huì)增加。（2）頂、底部邊界：礦床及其頂、底部的隔、透水條件，2.地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造的類(lèi)型、規(guī)模和分布，對(duì)礦井總涌水量的形成起制約作用。如礦床位于褶皺或斷裂構(gòu)造中，則其對(duì)礦床與充水層的空間分布、地下水的補(bǔ)徑排條件會(huì)有較大的影響，充水強(qiáng)度也必然受影響。處在同一類(lèi)型構(gòu)造中的礦床，隨構(gòu)造規(guī)模及礦井所處構(gòu)造部位的不同，礦井涌水量大小亦各異。

3.充水巖層的補(bǔ)給條件

充水層及礦體的出露程度愈高，蓋層透水性愈強(qiáng)，與補(bǔ)給水體接觸面積愈多，涌水量愈大。實(shí)例圖2.地質(zhì)構(gòu)造實(shí)例圖4.地震的影響

僅據(jù)唐山礦區(qū)的地震資料．可得出兩條規(guī)律：

(1)礦區(qū)地下水位與礦井涌水量，震前下降，震時(shí)突升，震后逐漸恢復(fù)。

(2)地震時(shí)礦井涌水量變化幅度與地震強(qiáng)度成正比，與震源距離成反比。4.地震的影響第二節(jié)礦床水文地質(zhì)類(lèi)型

實(shí)踐研究表明，具有同一水文地質(zhì)特征的礦床，具有大體上相似的充水條件、涌水規(guī)律。生產(chǎn)上可依據(jù)同類(lèi)型礦床具有相似的原理，預(yù)估新勘察或新開(kāi)采礦床的水文地質(zhì)特征，以指導(dǎo)礦床水文地質(zhì)調(diào)查、礦床評(píng)價(jià)和開(kāi)采工作。

一、礦床水文地質(zhì)類(lèi)型的劃分國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.前蘇聯(lián)分類(lèi)

1940年，謝戈列夫首次提出：按礦床所處地質(zhì)斷面的巖石特征，將礦床分為三個(gè)組：即賦存在堅(jiān)硬裂隙巖層中的礦床；賦存在松散砂質(zhì)和粘上質(zhì)巖層中的礦床；賦存在喀斯特和易溶巖層中的礦床。第二節(jié)礦床水文地質(zhì)類(lèi)型

1951年，普羅霍洛夫的分類(lèi)，在劃分非膠結(jié)巖層、堅(jiān)硬半堅(jiān)硬巖層、碳酸質(zhì)喀斯特巖層和終年凍結(jié)地帶四個(gè)礦床組的基礎(chǔ)上，依據(jù)水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度分為簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的、極復(fù)雜的三個(gè)類(lèi)型。

1955年普羅霍洛夫又提出新的分類(lèi)：首先按礦床水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件復(fù)雜的程度，分為簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的和極復(fù)雜的三種；其次按開(kāi)采方式分為地下方式和露天方式開(kāi)采的礦床；再次分為永凍帶以外和以?xún)?nèi)兩類(lèi)礦床；最后分為三個(gè)型，非膠結(jié)、堅(jiān)硬半堅(jiān)硬和喀斯特型礦床。

1957年，普羅特尼科夫主要依據(jù)金屬礦床分布區(qū)地下水的形戰(zhàn)條件，按五種因素把金屬礦床作了五個(gè)層次的劃分。

1960年，塞羅瓦特科對(duì)煤礦床按水文地質(zhì)—工程地質(zhì)條件作了類(lèi)型劃分，主要把分類(lèi)從全礦種發(fā)展到單礦種。礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件

2.中國(guó)分類(lèi)

1959年水文工程地質(zhì)研究所和水文工程地質(zhì)局提出的分類(lèi)方案，其分類(lèi)原則依次為氣候-侵蝕基準(zhǔn)面-地質(zhì)巖性，然后按水文工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度和開(kāi)采方法，作了礦床的開(kāi)采條件分類(lèi)。

1981年，提出的固體礦床分類(lèi)方案首先按礦床充水介質(zhì)分為巖溶水、裂隙水和孔隙水充水三類(lèi)；次按礦層(體)與充水層間的滲透條件即按直接頂?shù)装迨呛幕蚴歉羲膩?lái)劃分類(lèi)型；再次按水文工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度分為簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜四種。2.中國(guó)分類(lèi)

1982年地礦部頒發(fā)的《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)普查勘探規(guī)范》分類(lèi)：先依巖性分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類(lèi)；然后按水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，劃分為簡(jiǎn)單的(正常排水量小于5000m3/d)、中等的(5000-20000m3/d)和復(fù)雜的(大于20000m3/d)礦床。目前使用的分類(lèi)。

1983年地礦部提出的“中國(guó)巖溶充水礦床水文地質(zhì)勘探類(lèi)型”方案，按充水巖溶形態(tài)分為溶隙、溶洞和暗河管道充水三類(lèi)；每類(lèi)按礦層與頂?shù)装搴畬咏佑|關(guān)系分為四個(gè)型；每個(gè)類(lèi)型皆依影響水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的各因素，劃分為簡(jiǎn)單、中等，復(fù)雜三級(jí)（見(jiàn)表13-3）。1982年地礦部頒發(fā)的《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)普查勘探礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件

二、主要礦床水文地質(zhì)類(lèi)型的基本特征

（一）以巖溶水充水為主的礦床

1.巖溶水充水礦床的基本特征

(1)各礦區(qū)由最發(fā)育的巖溶形態(tài)控制著巖溶水的賦存特征。各礦區(qū)隨巖性結(jié)構(gòu)組合、原有裂隙特性、巖溶發(fā)育影響因素和發(fā)育程度的不同，導(dǎo)致各礦區(qū)巖溶形態(tài)和規(guī)模有較大的差異。北方主要以?shī)W陶系裂隙巖溶最富水；南方礦床以二疊系溶洞充水為主；西南地區(qū)以泥盆到三疊系巖溶管道充水者為多。

(2)礦床所處構(gòu)造類(lèi)型、部位、規(guī)模致其破壞程度，影響著巖溶發(fā)育的強(qiáng)弱和礦床的富水程度。處于向斜(比處于背斜)中的礦床，匯水條件好，富水性強(qiáng)；向斜淺部的礦床比同一向斜深部的礦床的富水性強(qiáng)；處于淺部軸部的礦床比處于翼部的富水強(qiáng)；而深部軸部的礦床，則比翼部的含水弱。

二、主要礦床水文地質(zhì)類(lèi)型的基本特征(3)巖溶發(fā)育不均勻，決定了巖溶水的不均一，導(dǎo)致礦井涌水量大小不等。巖溶強(qiáng)發(fā)育地段的礦井涌水量大，弱發(fā)育地段的則小。

(4)北方的裂隙巖溶水多具統(tǒng)一的地下水面，各含水層彼此連通性好，礦床琉干時(shí)地下水位多呈平盤(pán)式下降；南方的溶洞水，賦存在大大小小的溶洞之中，彼此通過(guò)裂隙或溶隙相溝通，不同部位各具不同的水力特征，相互聯(lián)系通常較北方型弱。

2.勘察要點(diǎn)

(1)對(duì)礦床分布范圍內(nèi)的地層，尤以碳酸鹽巖地層和近礦頂?shù)装鍖游?，要分層研究其巖性、結(jié)構(gòu)及各層間的組合關(guān)系；

(2)研究礦床所處的構(gòu)造類(lèi)型、具體部位及其特征，研究地層中原生和后生裂隙的發(fā)育規(guī)律，尋找破碎部位受構(gòu)造控水條件；(3)巖溶發(fā)育不均勻，決定了巖溶

(3)研究巖溶發(fā)育規(guī)律，包括查明各層位中的巖溶形態(tài)、規(guī)模、充填膠結(jié)、形成期和發(fā)育強(qiáng)帶的空間分布特征；

(4)全面研究礦區(qū)內(nèi)巖溶水的賦存條件，包括：①劃分礦床充水層，確定其富水程度；研究礦床頂?shù)装宓母羲阅?；②尋找富水地段與強(qiáng)徑流帶，查明礦床充水條件；③研究巖溶水系統(tǒng)的邊界條件，補(bǔ)、排特征：④進(jìn)行水質(zhì)變化特征的研究，掌握水質(zhì)污染狀況；⑤測(cè)定各充水層的各種參數(shù)，查明地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)礦井涌水量，解決供排矛盾；

(5)對(duì)大泉的形成條件、涌水量進(jìn)行觀(guān)測(cè)，探討礦床開(kāi)采后泉水的變化；對(duì)與礦井有聯(lián)系的地下河系和能進(jìn)入井巷的地表水進(jìn)行研究；

(6)對(duì)礦床充水系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的供水、排水狀況與地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)突水和疏干條件以及引起的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題作現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。(3)研究巖溶發(fā)育規(guī)律，包括查明各層（二）以裂隙水充水為主的礦床本類(lèi)型礦床以堅(jiān)硬巖層(體)裂隙發(fā)育為特點(diǎn)，礦產(chǎn)種類(lèi)多，多屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

1.裂隙水充水礦床的基本特征一般裂隙水充水礦床的特征是：淺部以風(fēng)化裂隙和斷裂帶充水為主，深部以構(gòu)造裂隙充水為主；向深部涌水量變??；多以降水和地表水補(bǔ)給為主，富水程度由中到弱；裂隙發(fā)育較均一的層位可形成似層狀含水層，裂隙集中部位可形成片狀含水體或脈狀含水帶；多數(shù)礦井的涌水量<1000m3/d，勘探時(shí)鉆孔涌水量一般小于1L/s，個(gè)別溝通強(qiáng)水源者，可造成突水。（二）以裂隙水充水為主的礦床2.勘察要點(diǎn)

(1)礦體及圍巖的巖性，原生與成巖后裂隙的分布規(guī)律；對(duì)礦區(qū)分布的斷裂帶做重點(diǎn)研究，分析其力學(xué)性質(zhì)，兩盤(pán)巖性、破碎帶寬度、破碎程度、充填物特征及膠結(jié)情況；判斷斷裂的活動(dòng)歷史，注意新期斷裂的水文地質(zhì)特征。

(2)分析各巖層的含水性，確定裂隙含水層的埋藏分布規(guī)律，研究充水層的補(bǔ)徑排條件。分析斷裂帶作為水源或通道的條件；

(3)調(diào)查礦床和各充水層的水質(zhì)和富水性，預(yù)測(cè)礦井涌水量及其開(kāi)采后的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題；

(4)研究礦區(qū)風(fēng)化帶的深度與破壞程度，分析降水和地表水入滲條件與入滲量。2.勘察要點(diǎn)（三）以孔隙水充水為主的礦床此類(lèi)礦床包括產(chǎn)于松散層和半膠結(jié)半堅(jiān)硬巖層中的礦床，以及被巨厚松散層覆蓋，產(chǎn)于下伏基巖層中的礦床；當(dāng)?shù)V床涌水主要來(lái)自上覆孔隙水時(shí)也歸于此類(lèi)型。

勘察要點(diǎn)

(1)各松散層的成因類(lèi)型、顆粒成分與結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物及膠結(jié)程度，頂?shù)装宓母敉杆?、厚度及其變化?/p>

(2)各層的含水性，主要充水層的邊界條件及水質(zhì)特征；

(3)確定孔隙水與地表水及基巖水間有水力聯(lián)系的地段、聯(lián)系程度及補(bǔ)排關(guān)系；

(4)查明地貌、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)充水層的控制；

(5)預(yù)測(cè)礦井涌水量，評(píng)價(jià)供排矛盾；

(6)研究流砂層的形成、分布，疏于和進(jìn)入井巷的可能性。（三）以孔隙水充水為主的礦床第三章礦床涌水量預(yù)測(cè)第三章礦床涌水量預(yù)測(cè)

一、礦坑涌水量概念

礦坑(井)涌水量：是指從礦山開(kāi)拓到回采過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)流入礦坑(包括井、巷和巷道系統(tǒng))的水量。它是確定礦床水文地質(zhì)類(lèi)型、礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度和評(píng)價(jià)礦床開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的重要指標(biāo)之一，也是制定礦山疏干設(shè)計(jì)、確定生產(chǎn)能力的主要依據(jù)。各勘察階段的礦坑涌水量由水文地質(zhì)人員負(fù)責(zé)提供。

礦坑正常涌水量：指開(kāi)采系統(tǒng)達(dá)到某標(biāo)高(水平或中段)時(shí)，正常狀態(tài)、相對(duì)穩(wěn)定時(shí)的總涌水量，通常指平水年的涌水量。

礦坑最大涌水量：指正常狀態(tài)下開(kāi)采系統(tǒng)在豐水年雨季的最大涌水量。是確定礦井排水能力的依據(jù)。第一節(jié)概述一、礦坑涌水量概念第一節(jié)概述

開(kāi)拓井巷涌水量：指開(kāi)拓各種井巷過(guò)程中的涌水量。由礦山基建部門(mén)負(fù)責(zé)。

疏干工程排水量：指在設(shè)計(jì)疏干時(shí)間內(nèi)，將水位降至某規(guī)定標(biāo)高時(shí)的疏干排水量。由生產(chǎn)部門(mén)負(fù)責(zé)。開(kāi)拓井巷涌水量：指開(kāi)拓各種井巷過(guò)程中的涌水量。由礦山基二、礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法及特點(diǎn)1.常用預(yù)測(cè)方法分類(lèi)二、礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法及特點(diǎn)2.礦坑涌水量預(yù)測(cè)的特點(diǎn)（和地下水資源評(píng)價(jià)相比）

(1)供水水資源評(píng)價(jià)，一般以確?？菟谧钚￠_(kāi)采量為目的；而礦坑涌水量預(yù)測(cè)則以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)豐水期最大涌水量為目標(biāo)；

(2)我國(guó)礦床大多分布于基巖山區(qū)，充水條件差異懸殊，補(bǔ)排條件多復(fù)雜。在邊界條件概化中，非確定性因素多，含水介質(zhì)非均勻性突出，參數(shù)的代表性難于解決。地下水流態(tài)復(fù)雜，常出現(xiàn)紊流、非連續(xù)流與管道流。組成概化模型的三大要素——邊界、結(jié)構(gòu)與流態(tài)復(fù)雜，定量化難度大。

(3)礦山井巷類(lèi)型與空間分布千變?nèi)f化，開(kāi)采方法、開(kāi)采速度與規(guī)模等生產(chǎn)條件復(fù)雜且不穩(wěn)定，與供水的取水建筑物簡(jiǎn)單、生產(chǎn)條件穩(wěn)定形成顯明對(duì)比，給礦坑涌水量預(yù)測(cè)帶來(lái)諸多不確定性因素。2.礦坑涌水量預(yù)測(cè)的特點(diǎn)（和地下水資源評(píng)價(jià)相比）

(4)礦坑涌水量預(yù)測(cè)多是大降深。大降深疏干又必然導(dǎo)致礦區(qū)水文地質(zhì)條件的嚴(yán)重干擾與破壞；其破壞強(qiáng)度又比較難于預(yù)料與定量化。這與供水小降深采水有明顯差異，使用供水時(shí)的計(jì)算理論與方法，通常難以滿(mǎn)足要求。(5)

礦床地質(zhì)調(diào)查中，一般對(duì)水文地質(zhì)工作投入的技術(shù)條件較差、投資少、工程控制程度低，在客觀(guān)上也給涌水量預(yù)測(cè)帶來(lái)較大困難。以上特點(diǎn)，決定了礦坑涌水量預(yù)測(cè)中存在諸多產(chǎn)生誤差的客觀(guān)條件。因此，勘探階段的涌水量預(yù)測(cè)，其精度難以與供水水資源評(píng)價(jià)平論。

為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，除了通過(guò)完善勘探方法，提高預(yù)測(cè)精度外，還應(yīng)完善預(yù)測(cè)成果的表達(dá)形式，指出預(yù)測(cè)成果的使用方法與注意事項(xiàng)，為設(shè)計(jì)與生產(chǎn)部門(mén)結(jié)合生產(chǎn)條件進(jìn)行成果再開(kāi)發(fā)提供依據(jù)，提高預(yù)測(cè)成果的使用價(jià)值。(4)礦坑涌水量預(yù)測(cè)多是大降深。大降深

3.預(yù)測(cè)誤差的原因分析

（1）對(duì)礦床水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)礦床水文地質(zhì)條件未予查清。

（2）水文地質(zhì)概化模型概化不當(dāng)，水文地質(zhì)參數(shù)取值不妥。模型概化不當(dāng)：一是水文地質(zhì)條件未查清楚，導(dǎo)致概化模型失誤；二是條件雖查明，但計(jì)算者概化不當(dāng)。參數(shù)取值不妥則包括：參數(shù)本身的失真和計(jì)算時(shí)對(duì)參數(shù)使用不當(dāng)。

（3）數(shù)學(xué)模型處理欠妥：即使模型概化的正確，仍依賴(lài)于一個(gè)合適于該模型的數(shù)學(xué)模型。但是由于復(fù)雜的水文地質(zhì)條件和開(kāi)采系統(tǒng)，難以用數(shù)學(xué)式確切表達(dá)，稍有不慎，數(shù)學(xué)模型就會(huì)失真。3.預(yù)測(cè)誤差的原因分析第二節(jié)解析法

一、基本思路

解析法是目前礦坑涌水量預(yù)測(cè)中應(yīng)用最廣的方法之一。它根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)原理，結(jié)合礦床疏干實(shí)際需要，對(duì)不同條件下流向各類(lèi)井、巷及巷道系統(tǒng)地地下水流建立偏微分方程，用解析法計(jì)算礦坑涌水量。第二節(jié)解析法一、基本思路

二、計(jì)算方法與過(guò)程（一）水文地質(zhì)條件的概化

1.井巷的處理

（1）豎井（完整井、非完整井）

（2）平硐、水平巷道

（3）傾斜巷道

若巷道傾斜度大于450時(shí)，可視為與豎井相似，用輻射井流公式；若巷道傾斜度小于450時(shí)，可視為與水平巷道相似，用剖面流的單寬流量井流公式；

（4）巷道系統(tǒng)

單水平巷道系統(tǒng)，在礦山開(kāi)拓期，地下水運(yùn)動(dòng)屬于非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，隨著疏干時(shí)間的延長(zhǎng)，地下水運(yùn)動(dòng)趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，回采期總涌水量達(dá)到一個(gè)定值。

多水平巷道系統(tǒng)，在不同的開(kāi)采階段，地下水運(yùn)動(dòng)的非穩(wěn)定狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化過(guò)程。開(kāi)拓及采準(zhǔn)階段，涌水量預(yù)測(cè)使用非穩(wěn)定流方法，回采水平時(shí)采用穩(wěn)定流方法。二、計(jì)算方法與過(guò)程

2.分析疏干流場(chǎng)的水力特征

（1）區(qū)分穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流

礦山基建期，隨開(kāi)拓井巷發(fā)展，疏干漏斗不斷擴(kuò)大，以消耗含水層的儲(chǔ)存量為主，疏干流場(chǎng)屬非穩(wěn)定流；回采期，井巷輪廓已定，當(dāng)以消耗補(bǔ)給量為主時(shí)，疏干流場(chǎng)符合穩(wěn)定流；當(dāng)仍以消耗儲(chǔ)存量為主時(shí)，礦坑涌水量漸減，疏干流場(chǎng)仍為非穩(wěn)定流。

（2）區(qū)分層流與紊流當(dāng)?shù)V區(qū)進(jìn)行大降深疏干時(shí)，在疏干工程附近常出現(xiàn)非達(dá)西流。據(jù)研究，這種復(fù)雜水流狀態(tài)出現(xiàn)的范圍不大，而大面積內(nèi)仍符合達(dá)西流規(guī)律，故直線(xiàn)滲透定律仍然是建立滲流型確定性模型的理論基礎(chǔ)。

（3）區(qū)分平面流與空間流礦床疏干流場(chǎng)受控于開(kāi)采井巷的類(lèi)型與分布狀態(tài)，呈復(fù)雜的流態(tài)，在宏觀(guān)上可概化為兩種：

流向完整井巷的平面流：又分為豎井排水產(chǎn)生的平面輻射流，水平巷道排水產(chǎn)生的剖面平面流，其兩端仍出現(xiàn)輻射流。巷道系統(tǒng)則復(fù)雜得多，排水初期，在統(tǒng)一降落漏斗形成前，巷道系統(tǒng)各邊緣部分都呈單方向的剖面平面流；當(dāng)繼續(xù)排水，形成統(tǒng)一降水漏斗后，流向巷道系統(tǒng)的地下水才過(guò)渡為近似的平面輻射流。

流向非完整井巷的空間流：據(jù)研究，在流向非完整井巷地下水輻射流范圍內(nèi)，存在有空間流帶與平面流帶兩種運(yùn)動(dòng)形式。但前者往往僅限于非完整井巷的附近，范圍約為含水層厚度的1．5—2．0倍。空間流計(jì)算，常采用平面分段法、剖面分段法或用經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算。

（3）區(qū)分平面流與空間流（4）區(qū)分潛水與承壓水在疏干過(guò)程中，常常出現(xiàn)由承壓水轉(zhuǎn)為承壓一無(wú)壓水或無(wú)壓水。在某些條件下，還可出現(xiàn)一側(cè)保持承壓狀態(tài)，而另一側(cè)則由承壓水轉(zhuǎn)為無(wú)壓水或承壓一無(wú)壓水狀態(tài)，計(jì)算時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。（4）區(qū)分潛水與承壓水

3.邊界條件的概化

側(cè)向邊界：進(jìn)水類(lèi)型的劃分：邊界概化為隔水與供水兩類(lèi)。邊界形態(tài)的簡(jiǎn)化：將不規(guī)則邊界簡(jiǎn)化理想集合圖式邊界。

垂向邊界：垂向越流補(bǔ)給邊界分定水頭和變水頭兩類(lèi)。解析法主要解決定水頭越流補(bǔ)給邊界。礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件（二）選擇計(jì)算公式1.穩(wěn)定井流公式在礦井疏干排水過(guò)程中，當(dāng)?shù)V坑涌水量及疏干區(qū)附近的水位降低，僅隨季節(jié)變化做一定范圍的波動(dòng)，均呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即可以認(rèn)為以礦坑為中心形成的地下水滲流場(chǎng)基本符合穩(wěn)定井流條件，可近似應(yīng)用以裘布衣基本方程為代表的穩(wěn)定井流解析公式，解決礦坑涌水量預(yù)測(cè)問(wèn)題。用穩(wěn)定井流公式來(lái)估算礦坑涌水量可表示為：（1）

式中：為疏干區(qū)外補(bǔ)給邊界（R）與礦坑內(nèi)邊界（r0）處的勢(shì)函數(shù)。（二）選擇計(jì)算公式

分析穩(wěn)定井流公式，若參數(shù)為一定時(shí)，則礦坑涌水量Q是坑道壁水位降低的函數(shù)。因此，穩(wěn)定井流的礦坑涌水量計(jì)算可以概括為兩個(gè)方面：

（1）在已知開(kāi)采水平最大水位降低的條件下，預(yù)測(cè)礦坑總涌水量；（2）在給定疏干排水能力的前提下，計(jì)算疏干區(qū)的水位降低（或壓力降低）值。

分析穩(wěn)定井流公式，若參數(shù)為一定時(shí)，則2.非穩(wěn)定井流公式在礦區(qū)疏干過(guò)程中，若礦坑涌水量及其疏干漏斗不斷擴(kuò)展，則以礦坑為中心的地下水輻射流場(chǎng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。在已知初始條件與邊界條件的前提下，可按泰斯解的水頭函數(shù)表示：

（3）

式中：為井函數(shù)；根據(jù)含水層的水力性質(zhì)而異，無(wú)壓水時(shí)為重力給水度，承壓水時(shí)為彈性給水度；T為導(dǎo)水系數(shù)；t為疏干時(shí)間。

2.非穩(wěn)定井流公式

分析非穩(wěn)定井流公式，當(dāng)參數(shù)確定時(shí)，非穩(wěn)定井流理論表達(dá)了礦區(qū)疏干過(guò)程中，疏干量Q，水位降s與疏干時(shí)間t三變量之間的函數(shù)關(guān)系。因此，只要給出其中兩個(gè)變量的規(guī)律就可以推算另一個(gè)變量的規(guī)律。

（1）可以按排水能力的大小，研究開(kāi)采區(qū)地下水疏放降壓漏斗的形成與擴(kuò)展過(guò)程，即可預(yù)測(cè)計(jì)算地下水疏干漏斗范圍內(nèi)各點(diǎn)（r）水頭函數(shù)s隨時(shí)間t的變化規(guī)律，以規(guī)劃回采速度與順序，以及其它開(kāi)采措施。（2）能為要求在一定時(shí)間段t內(nèi)，完成某開(kāi)采水平降深s的疏干任務(wù)，而選擇合理的疏干量Q或者預(yù)測(cè)達(dá)到某疏干深度s后，礦坑涌水量Q隨時(shí)間t的變化規(guī)律，以獲得雨季最大涌水量及其出現(xiàn)的時(shí)間t。

（3）可以根據(jù)疏干強(qiáng)度Q，計(jì)算達(dá)到某疏干水平s所需的時(shí)間t，或者進(jìn)一步預(yù)測(cè)疏干漏斗擴(kuò)展到某重要外邊界的時(shí)間t,這種擴(kuò)展可導(dǎo)致嚴(yán)重后果，如供水水源地遭破壞，發(fā)生海水倒灌，或溢泉斷流等。分析非穩(wěn)定井流公式，當(dāng)參數(shù)確定時(shí)，非穩(wěn)定（三）確定各項(xiàng)參數(shù)

1．滲透系數(shù)（1）加權(quán)平均值法：厚度、面積、方向平均法三種。如厚度平均法公式：

式中：Mi(Hi)——承壓（潛水）含水層各垂向分段厚度

Ki——相應(yīng)分段的滲透系數(shù)

礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件（2）流場(chǎng)閉合等值線(xiàn)法：（閉合等值線(xiàn)法）

式中L1、L2—任意兩條（上、下游）等水位線(xiàn)的長(zhǎng)度

r—兩條閉合等水位線(xiàn)的平均距離

h—兩條閉合等水位線(xiàn)間的水位差Mcp—含水層平均厚度

Q—礦坑涌水量（2）流場(chǎng)閉合等值線(xiàn)法：（閉合等值線(xiàn)法）80或依據(jù)流場(chǎng)特征采用分區(qū)法：式中：b1、b2—輻射狀水流上、下游斷面上的寬度h1、h2—b1和b2斷面隔水底板以上的水頭高度

L—b1和b2斷面之間的距離Q—礦坑涌水量或依據(jù)流場(chǎng)特征采用分區(qū)法：2.疏干“大井”的半徑

大井法：把形狀復(fù)雜的井巷系統(tǒng)看成是一個(gè)“大井”，井巷系統(tǒng)圈定的或者以降落漏斗距井巷最近的封閉等水位線(xiàn)圈定的面積（F）看成相當(dāng)該“大井”的面積，近圓形“大井”的引用半徑為：

3.影響半徑或影響寬度用大井法預(yù)測(cè)礦坑涌水量時(shí)，降落漏斗的影響半徑范圍半徑R0應(yīng)從大井中心算起，等于“大井”的引用半徑r0加上排水影響半徑R,即：R0=R+r0由于輸干漏斗形狀不規(guī)則，在解析法中以Rcp值代表R0較為合理。2.疏干“大井”的半徑

計(jì)算狹長(zhǎng)水平巷道涌水量時(shí)，也常用引用寬度Lcp，其確定方法有：

（1）用經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式：如庫(kù)薩金公式、奚哈脫公式

（2）用賽事羅瓦特科公式：復(fù)雜井巷系統(tǒng)的影響半徑可據(jù)井巷邊緣廓線(xiàn)與天然水文地質(zhì)邊界線(xiàn)之間距離的加權(quán)平均值求得，即式中：r0---大井的引用半徑

bcp---井巷邊緣廓線(xiàn)與各不同類(lèi)型水文地質(zhì)邊界間的平均距離

礦床水文地質(zhì)學(xué)講義(吉林大學(xué))ppt課件

當(dāng)井巷系統(tǒng)在近圓形補(bǔ)給邊界時(shí)，R取平均值bcp,當(dāng)處在直線(xiàn)補(bǔ)給邊界時(shí)，R取/。近圓形直線(xiàn)當(dāng)井巷系統(tǒng)在近圓形補(bǔ)給邊界時(shí)，R取平均值bc84

4.最大疏干水位降深

在礦坑涌水量預(yù)測(cè)中，通常以地下水位降至巷道底板為目的。對(duì)直接沖水層有兩種情況：

礦坑涌水量常取最大疏干水位降深值Smax=H(圖b),或者是降低至巷道底板(圖a)。據(jù)研究，當(dāng)Smax=H時(shí)，穩(wěn)定流理論不適用，當(dāng)水位降深超過(guò)含水層厚度30%時(shí)，非穩(wěn)定流公式亦偏離實(shí)際。4.最大疏干水位降深礦坑涌水量常取最大疏干水位降（四）涌水量預(yù)測(cè)，并對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)

根據(jù)以上步驟，對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行了概化，并確定各項(xiàng)參數(shù)之后，選擇計(jì)算公式即可對(duì)涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。求解出預(yù)測(cè)涌水量值以后，并對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般采用礦區(qū)開(kāi)采條件下的水均衡方法進(jìn)行可靠程度的論證。

實(shí)例（四）涌水量預(yù)測(cè)，并對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)第三節(jié)數(shù)值計(jì)算法

一、數(shù)值計(jì)算基本原理及其應(yīng)用

1．?dāng)?shù)學(xué)模型建立描述非均質(zhì)各向異性潛水--承壓含水層中地下水二維流的偏微分方程為：第三節(jié)數(shù)值計(jì)算法一、數(shù)值計(jì)算基本原理及其應(yīng)用式中：---地下水水位標(biāo)高;---地下水初始水位標(biāo)高;---一類(lèi)邊界水位標(biāo)高；

w---垂直水量交換項(xiàng)（m/d）,包括降水入滲、越流、蒸發(fā)、地表水入滲、泉排泄量，地下水開(kāi)采量等；

q(x,y,t)---二類(lèi)邊界流量；

Txx、Tyy---分別為最大主導(dǎo)水系數(shù)和最小主導(dǎo)系數(shù)；

μ＊----含水層給水度或單位儲(chǔ)水系數(shù)；

θ----最大主導(dǎo)水系數(shù)方向與x軸夾角；

nx、ny----分別為邊界外法線(xiàn)方向在x軸和y軸投影上的投影方向；

D----計(jì)算區(qū)域；

T1.T2----分別為一類(lèi)和二類(lèi)邊界；

t----計(jì)算時(shí)間。式中：---地下水水位標(biāo)高;對(duì)于非均質(zhì)各向同性含水層，上式可簡(jiǎn)化為：對(duì)于非均質(zhì)各向同性含水層，上式可簡(jiǎn)化為：2．?dāng)?shù)學(xué)模型的求解上述地下水水量模型是非常復(fù)雜的，區(qū)域一般是不規(guī)則的，含水層是非均質(zhì)各向異性的，因此不易求得解析解，通?？捎脭?shù)值方法求得近似解。（1）方程離散用里茲----迦金法或變分法將原來(lái)的偏微分方程化為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的方程，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可出一個(gè)方程，就得到一個(gè)方程組，該方程組一般為線(xiàn)性的。其實(shí)質(zhì)即將曲面用平面近似。（2）求解線(xiàn)性方程組解這一線(xiàn)性方程組即得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位近似值。2．?dāng)?shù)學(xué)模型的求解

3.數(shù)值計(jì)算方法分類(lèi)及其優(yōu)點(diǎn)（1）數(shù)值計(jì)算方法分類(lèi)

有限差分法有限單元法邊界元法等（2）數(shù)值計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)

含水層非均質(zhì)性、各向異性

含水層頂、底板復(fù)雜變化

邊界的復(fù)雜性（含內(nèi)部邊界）

匯源頂復(fù)雜變化

多層含水層3.數(shù)值計(jì)算方法分類(lèi)及其優(yōu)點(diǎn)

4.數(shù)值法在礦床水文地質(zhì)中的應(yīng)用數(shù)值法是一種求解復(fù)雜偏微分方程的近似解法，得到廣泛利用，在礦床水文地質(zhì)計(jì)算方面有以下幾方向：（1）反求水文地質(zhì)參數(shù)。（2）預(yù)報(bào)礦床涌水量（3）模擬不同疏干方案地下水疏干過(guò)程（4）預(yù)測(cè)礦床疏干對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件的影響4.數(shù)值法在礦床水文地質(zhì)中的應(yīng)用

二、數(shù)值法解題步驟（一）模型的建立

1.水文地質(zhì)條件概化（1）含水層類(lèi)型（潛水、承壓水）及垂直分布（2）含水層介質(zhì)（均質(zhì)或非均質(zhì)，各向同性或各向異性）（3）含水層頂、底板分布（4）含水層邊界（一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)）（5）匯源項(xiàng)（6）水流特征（二維或三維，層流或紊流、穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流）

2.數(shù)學(xué)模型的建立（略）二、數(shù)值法解題步驟（二）資料整理工作

1.計(jì)算區(qū)剖分將計(jì)算區(qū)剖分為若干單元（一般為三角形單元），

認(rèn)為每一單元內(nèi)含水層是均質(zhì)的，具同一參數(shù)。

剖分時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量延內(nèi)部邊界點(diǎn)布置（包括地表水滲漏段。斷層、降水入滲分區(qū)等）。

（2）重要井點(diǎn)（統(tǒng)測(cè)水位點(diǎn)、長(zhǎng)觀(guān)點(diǎn)、抽水試驗(yàn)點(diǎn)、井點(diǎn)、泉點(diǎn)）要盡量設(shè)為節(jié)點(diǎn)。

（3）應(yīng)在大型集中供水水源地、水井分布密集區(qū)、含水層排泄區(qū)、河滲漏段、斷層帶、補(bǔ)給邊界等地方加密剖分。

（4）注意節(jié)點(diǎn)的均勻布置、三角形大小逐漸過(guò)渡（5）三角形單元夾角，應(yīng)在30o~90o之間。

2．初始流場(chǎng)的確定由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成。統(tǒng)測(cè)水位點(diǎn)要能控制全區(qū)流場(chǎng)。（二）資料整理工作3．匯源項(xiàng)資料整理

（1）降水入滲量分區(qū)及降水入滲強(qiáng)度計(jì)算

（2）蒸發(fā)量分區(qū)及蒸發(fā)強(qiáng)度計(jì)算

（3）地表水入滲量計(jì)算及轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)注水量

（4）側(cè)向徑流量計(jì)算及轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)注水量

（5）泉水排泄量計(jì)算（集中大泉、散泉）

（6）開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)（單井、大井）4．水文地質(zhì)參數(shù)

（1）水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)

（2）初值確定5．頂?shù)装鍢?biāo)高

（1）繪制等值線(xiàn)圖

（2）概化3．匯源項(xiàng)資料整理（1）降水入滲量分區(qū)及降水入滲

（三）數(shù)學(xué)模型的識(shí)別和檢驗(yàn)上述建立的數(shù)學(xué)模型，是否與實(shí)際情況相符（如參數(shù)、邊界等），尚需進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證。

1．模型識(shí)別（檢驗(yàn)）所謂模型識(shí)別即通常說(shuō)的調(diào)參，即對(duì)模型的修正。選擇某資料完整的時(shí)段，將資料代入模型中，通過(guò)模型運(yùn)轉(zhuǎn)得出計(jì)算水位。若計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位誤差較大，則說(shuō)明模型參數(shù)（k、μ、m等）或邊界條件不符合實(shí)際，需調(diào)整；調(diào)整模型參數(shù)，再次計(jì)算水位，對(duì)比計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位，重新調(diào)參，直至計(jì)算水位和實(shí)測(cè)誤差潢足精度為止。

（三）數(shù)學(xué)模型的識(shí)別和檢驗(yàn)

模型識(shí)別時(shí)段的選擇：要求選擇在有較完整的資料的時(shí)段。包括：水位系列資料（包括預(yù)測(cè)水位資料，群孔抽水試驗(yàn)資料，長(zhǎng)觀(guān)資料）；各匯源項(xiàng)資料。2．模型檢驗(yàn)經(jīng)修正后的模型，尚需進(jìn)一步檢驗(yàn)，即選擇另一時(shí)段的資料，進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驼_與否。原理同前。經(jīng)模型檢驗(yàn)，認(rèn)為所建模型及其邊界條件、水文地質(zhì)參數(shù)選取和匯源項(xiàng)的處理是正確的，可用于地下水水位動(dòng)態(tài)的預(yù)報(bào)。

模型識(shí)別時(shí)段的選擇：要求選擇在有較完整的資料的（四）礦井涌水量預(yù)測(cè)

1.礦坑涌水量預(yù)測(cè)：礦床疏干，一般分定流量疏干和定水頭疏干兩個(gè)階段。首先，據(jù)水文地質(zhì)條件和疏干孔布局，確定各疏干水平的總疏干水量，并將其分配到各疏干孔上，把疏干孔壁作為已知流量的第Ⅱ類(lèi)邊界，進(jìn)行定流量階段的疏干模擬。其次，當(dāng)各疏干孔水頭均降至計(jì)算水平后，變疏干孔壁為第1類(lèi)定水頭邊界，進(jìn)行定水頭階段的疏干模擬。

2.數(shù)值法預(yù)測(cè)礦坑涌水量，可反映出預(yù)報(bào)區(qū)在疏干條件下各種水文地質(zhì)條件的變化、疏干對(duì)天然排泄點(diǎn)和供水源地水量的襲奪，以及其他匯源項(xiàng)的變化，并作出相應(yīng)的預(yù)報(bào)。

實(shí)例（四）礦井涌水量預(yù)測(cè)第四節(jié)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

一、基本原理通過(guò)地質(zhì)調(diào)查或從已開(kāi)采礦區(qū)得到有關(guān)的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求得疏干中地下水系統(tǒng)某些變量之間的關(guān)系，建立一個(gè)變量與另個(gè)(或幾個(gè))變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，并對(duì)該變量進(jìn)行外推，達(dá)到預(yù)測(cè)礦坑涌水量的目的。

單相關(guān)：自變量只有一個(gè)，也稱(chēng)一元相關(guān)或簡(jiǎn)相關(guān)

多相關(guān)：自變量有兩個(gè)以上，也稱(chēng)復(fù)相關(guān)第四節(jié)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法一、基本原理二、Q-S曲線(xiàn)外推預(yù)測(cè)法（一元相關(guān)分析法）（一）應(yīng)用條件

Q--S曲線(xiàn)外推法是按觀(guān)測(cè)的生產(chǎn)礦坑涌水量（或新礦區(qū)勘探時(shí)的抽、放水水量）（Q）與水位降深(s)之間的函數(shù)關(guān)系，建立Q--S曲線(xiàn)方程，外推未來(lái)疏干降深水位時(shí)的涌水量。

若利用勘探時(shí)抽、放水試驗(yàn)資料建立Q--s曲線(xiàn)方程，則要求進(jìn)行三次以上水位降低的抽、放水試驗(yàn)，還要求抽、放水試驗(yàn)的條件能盡量地接近未來(lái)的開(kāi)采條件。

二、Q-S曲線(xiàn)外推預(yù)測(cè)法（一元相關(guān)分析法）

影響抽、放水中Q—s關(guān)系的主要因素：（1）礦床水文地質(zhì)條件的影響：如含水層規(guī)模、補(bǔ)給難易、邊界條件等的差別，使Q-s曲線(xiàn)類(lèi)型各異。（2）抽(放)水時(shí)水位降深的大小對(duì)外推精確程度影響極大：隨水位降深加大，含水層的水力特性發(fā)生變化，水流阻力加大，地下水流將由層流轉(zhuǎn)化為紊流，使Q—s曲線(xiàn)類(lèi)型發(fā)生變化，從而使預(yù)測(cè)的誤差加大。（3）抽水井的結(jié)構(gòu)和抽水時(shí)間的影響：進(jìn)行礦井涌水量預(yù)測(cè)時(shí)，既要考慮到抽求試驗(yàn)井與采礦井巷的區(qū)別，又要考慮到抽水時(shí)間短，難于反映礦山排水時(shí)的邊界的事實(shí)；要求的抽水試驗(yàn)時(shí)間越長(zhǎng)，誤差越小。影響抽、放水中Q—s關(guān)系的主要因素：（二）計(jì)算方法和步驟

1.判別曲線(xiàn)類(lèi)型

常用曲線(xiàn)類(lèi)型：

直線(xiàn)型：

拋物線(xiàn)型：冪曲線(xiàn)型：對(duì)數(shù)曲線(xiàn)型：

（二）計(jì)算方法和步驟

曲線(xiàn)類(lèi)型判別方法：

（1）伸直法：將曲線(xiàn)方程以直線(xiàn)關(guān)系式表示，以關(guān)系式中兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的變量建立坐標(biāo)系，把從抽水試驗(yàn)(或開(kāi)采井巷排水)取得的涌水量和對(duì)應(yīng)的水位降深資料，放到表征各直線(xiàn)關(guān)系式的不同直角坐標(biāo)中去，進(jìn)行了伸直判別。如其在哪種類(lèi)型直角坐標(biāo)中伸直，則表明抽水(排水)結(jié)果符合哪種q-s曲線(xiàn)類(lèi)型;如其在Q-lgs直角坐標(biāo)伸直,則表明Q-s關(guān)系符臺(tái)對(duì)數(shù)曲線(xiàn)。

（2）曲度n值法：用曲度n值進(jìn)行鑒別,其形式如下:Q，S分別為同次抽水的水量和水位降。當(dāng)n=1時(shí)，為直線(xiàn)；l<n<2時(shí),為冪曲線(xiàn)；n=2時(shí)，為拋物線(xiàn)；n>2時(shí)，為對(duì)數(shù)曲線(xiàn)。如果n<1，則抽水資料有誤。曲線(xiàn)類(lèi)型判別方法：2.建立曲線(xiàn)方程

（1）圖解法：利用相應(yīng)類(lèi)型的直角坐標(biāo)系圖解進(jìn)行測(cè)定。參數(shù)a是各直角坐標(biāo)系圖解中直線(xiàn)在縱坐標(biāo)上的截距長(zhǎng)度；參數(shù)b是各直角坐標(biāo)系圖解中直線(xiàn)對(duì)水平傾角的正切，從圖中求得截距長(zhǎng)度、水平傾角的正切。2.建立曲線(xiàn)方程

（2）最小二乘法：當(dāng)精度要求較高時(shí)，通常用最小乘法獲取參數(shù)a、b。

拋物線(xiàn)型：冪曲線(xiàn)型：對(duì)數(shù)曲線(xiàn)型：（2）最小二乘法：當(dāng)精度要求較高時(shí)，通常用最小乘法獲取3.外推涌水量求出參數(shù)后，將它與疏干設(shè)計(jì)水位降深（S）帶入原方程式，即可求得預(yù)測(cè)用水量。

4.換算井徑抽水試驗(yàn)時(shí)，鉆孔孔徑遠(yuǎn)比開(kāi)采井筒直徑小，為消除井徑對(duì)涌水量的影響，需要進(jìn)行井徑換算。地下水呈層流時(shí)地下水呈紊流時(shí)

實(shí)例3.外推涌水量三、三元復(fù)相關(guān)分析利用大型孔群抽水試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立抽水量Q、水位降深S和井徑r的三元復(fù)相關(guān)曲線(xiàn)型回歸方程：（經(jīng)驗(yàn)方程）四、四元復(fù)相關(guān)分析

考慮涌水量Q0與礦產(chǎn)量P0、開(kāi)采深度H0、開(kāi)采面積F0、生產(chǎn)時(shí)間T0之間的相關(guān)性，建立四元復(fù)相關(guān)曲線(xiàn)型回歸方程：（經(jīng)驗(yàn)方程）

γi為各元素對(duì)Q0的相關(guān)系數(shù)三、三元復(fù)相關(guān)分析注意，使用相關(guān)法時(shí)，應(yīng)重視原始數(shù)據(jù)的選擇，要求參與相關(guān)計(jì)算的子樣必須具備：①一致性