齐 良，尚文龙，姜 平

（江西省地质局赣西北大队，江西 九江 332000）

在矿山开采前要对矿坑涌水量进行预测，矿坑涌水量预测一般分为井工矿和露天矿的矿坑涌水量预测，应与水文地质条件、可开采资源储量分布和开采设计紧密结合确定预测计算范围；一般应由上到下、由浅到深进行；以最佳技术经济为原则，避免过于复杂的计算公式；宜结合矿区探采对比总结规律，选择最接近矿区实际的预测计算方法。新建矿山应预测先期开采地段或第一开采水平（或中段）的矿坑涌水量生产矿山应在现有水文地质条件基础上预测下一开采水平（或中段）的矿坑涌水量。

1 矿坑涌水量预测计算的条件

若要精确预测矿坑涌水量，应详细查明水文地质条件，包括矿坑充水水源、矿坑充水主要因素和途径，应根据矿区所在水文地质单元的降雨入渗条件和地下水补给、径流和排泄条件，预测开采条件下地下水系统补给、径流和排泄特征变化，同时按照规范确定含水层厚度、水文地质边界和主要充水岩层具有代表性的水文地质参数、计算水平（或中段）及范围。

2 矿坑涌水量预测计算的程序

首先根据实际野外和钻探工作，对矿床水文地质条件进行概化，构建水文地质概念模型，再建立水文地质数学模型，最后带入水文地质参数求取涌水量。概念模型和数学概念模型的建立，应贯穿于矿床勘查到开采的全过程，随着对矿床水文地质条件的深入不断优化。

3 常用的矿坑涌水量预测计算方法

3.1 井下矿

井下开采常用的矿坑涌水量预测计算方法主要是解析法和比拟法。

3.1.1 解析法

解析法分为大井法和水平廊道法，应用前提一般是稳定流解析法，充水岩层为大面积分布的强透水层，当矿山排水疏干至某一水平（或中段）后，水位基本稳定，可视为稳定流条件。当地下水处于极其缓慢的非稳定流运动时，可近似可作为相对稳定流。另一个前提是坑道系统能概化成理想的“大井”。

首先建立水文地质概念模型，分析流场是否为稳定流，边界条件的概化，明确最大疏干水位降深，合理选取水文地质参数。

其次建立数学模型，以完整井为基础，建立稳定流数学模型，倾角大于或等于45°的层状矿体通常选用大井法稳定流数学模型，倾角小于45°的层状矿体通常选用水平廊道法稳定流数学模型。

大井法稳定流计算公式。

式中：Q—矿坑涌水量，单位（m3/d）。K—渗透系数，单位（m/d）。M—含水层厚度，单位（m）。s—水位降深，单位（m）。H—潜水含水层厚度，单位（m）。r0—巷道系统（大井）引用半径，单位（m）。R0—坑道排水地下水引用影响半径，单位（m）。

水平廊道法稳定流计算公式。

式中：B—廊道水平长度，单位（m）。R—廊道排水地下水影响半径，单位（m）。

最后根据矿山的具体情况选择合适的公式将水文地质参数带入计算。

3.1.2 比拟法

比拟法应用前提是在同一地区，地质、水文地质条件、开采方式和规模相同或相似的矿坑。特别适用于有多年排水量观测资料的生产矿井。

不同的充水条件可以选择不同的比拟因子，通常有单位涌水量比拟法、富水系数法、比拟系数法等。

（1）单位涌水量比拟法：矿山正常生产条件下，矿坑涌水量与矿坑面积或体积的扩大成正比，可用矿坑面积或体积换算新的矿坑涌水量。计算公式：

式中：Q0—已建生产矿井排水量，单位（m3/a）。F0—已建生产矿井疏干面积，单位（m2）。s0—已建生产矿井水位降深，单位（m）。Q—新建矿井排水量，单位（m3/a）。F—新建矿井疏干面积，单位（m2）。s—新建矿井水位降深，单位（m）。

（2）富水系数法：在一定时期内，矿山正常生产条件下，从矿坑中排出的水量与同一时期开采出的矿石质量为一常数，即：

式中：Q0—已建生产矿井排水量，单位（m3/a）。P0—已建生产矿井矿石开采量，单位（t/a）。Kp—富水系数，单位（m3/t）。Q—矿坑总涌水量，单位（m3/a）。P—新建矿井矿石开采量，单位（t/a）。

（3）比拟系数法：根据矿山统计资料，排水量与水位降深或采空区面积或采掘长度成正比，可采用比拟系数法。

水位降深：

式中：Q0—已建生产矿井排水量，单位（m3/a）。s0—已知矿井实际水位降深，单位（m）。Ks—降深系数，单位（m2/a）。Q—新建矿井排水量，单位（m3/a）。s—新建矿井实际水位降深，单位（m）。

采空区面积：

式中：KF—采空区面积系数，单位（m/a）。F0—已建生产矿井实际开采面积，单位（m2）。F—新建矿井开采面积，单位（m2）。

采掘长度：

式中：KL—采掘长度系数，单位（m2/a）。L0—已建生产矿井巷道实际开采长度，单位（m）。L—新建矿井巷道开采长度，单位（m）。

3.2 露天矿

露天矿的矿坑涌水量包括露天采矿地下水涌水量（Q1）、地表水汇入采坑水量（Q2）、降水渗入采坑水量（Q3）。修建有截水沟的矿山，预测计算地下水涌水量（Q1）、截水沟圈定范围内地表水汇入采坑水量（Q2）、降水渗入采坑水量（Q3）。对位于侵蚀基准面以上或地下水水位以上顺坡开采的露天矿，大气降水即降即排，可不计算矿坑涌水量（Q1），大气降水不能即降即排的，计算地表水汇入采坑水量（Q2）、降水渗入采坑水量（Q3）。

3.2.1 露天采矿地下水涌水量（Q1）

露天采矿地下水涌水量可根据解析法或者比拟法得到。

3.2.2 地表水汇入采坑水量（Q2）

式中：Q2—地表水汇入采坑水量，单位（m3）。F—采坑上游汇水面积，单位（m2）。P—降水量，单位（m）。α—地表径流系数（可实测，可采用经验值0.4—0.7）。

在地形条件允许的情况下，应设置截水沟，以减少地表水采坑的水量。

3.2.3 降水渗入采坑水量（Q3）

直接降落在露天采坑中的降水量，应进行年（日）平均降水量的计算和最大日降水量计算。

年（日）平均降水量：

式中：Q3—降水渗入采坑水量，单位（m3）。F—露天矿坑的面积，单位（m2）。X—年平均降水量（或雨季日均降水量），单位（m）。

最大日降水量：

式中：Qp—设计频率暴雨径流量，单位（m3/d）。Hp—设计频率暴雨量，单位（m）。F—露天矿坑的面积，单位（m2）。

式中：Sp—频率为P的暴雨强度，单位（mm/min）。t—降水历时，单位（min）。n—暴雨强度递减指数，由当地n值等值线查取。—历时日最大降水量平均值，单位（m）。

Φ—皮尔逊Ⅲ型曲线（P—Ⅲ型曲线）的离均系数，为频率P与Cs的函数。Cs—偏差系数，一般是Cv的3～5倍，根据不同地区情况确定。Cv—变差系数。

式中：K—变率；H—统计系列中某年最大降水量，单位（m）。N—统计年数，单位（a）。

其中设计频率的选取，露天矿排水设计频率P，对于一般矿山，可根据矿山规模设计暴雨常用的频率选用，一般选用设计暴雨频率P为1%、2%、5%、10%，相应重现期分别为100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇。

4 应用

4.1 水文地质条件概化

某矿区在回采阶段，井巷轮廓大体已定，疏干流场主要受外边界补给条件控制，矿坑涌水量被侧向补给量平衡，流场特征除受季节变化影响外，呈相对稳定状态，为稳定流。

4.2 水文地质数学模型建立和参数选取

某矿区的矿体倾角为1°～40°，矿区内主要矿体呈层状、似层状。坑道系统近似于带状狭长条形，坑道视为水平巷道，采用水平廊道法稳定流数学模型公式（潜水）：Q=BK（2H-S）S /R

式中各符号意义：Q：坑道涌水量（m3/d）。B：坑道长度（m），以计算中段标高上的矿体最大长度计。Kcp：抽水试验的平均渗透系数（m/d），取相应中段赋存矿体的岩石渗透系数平均值。H：潜水面的水头至坑道中段高度（m），取动态水文观测最大水位标高为潜水面水头，首采中段标高+680m，潜水面标高750.96m。S：坑道水位降低（m），S=H。R：中段疏干影响半径（m），由R=2S（HKcp）1/2得。

4.3 计算结果

涌水量计算结果见下表1。

表1 大岩下矿段井采矿坑涌水量计算结果表

5 结语

在矿区涌水量预测计算中应该根据实际野外和钻探工作，将水文地质条件概化，建立水文地质数学模型，通过抽水试验获取合适的水文地质参数，带入合适的涌水量计算方法，并进行评述。