李海健

[摘要]矿坑涌水量预测是矿产地质勘查的重要组成部分。预测方法的选择是提高矿坑涌水量预测精度的关键。本文简述了矿产地质勘查中矿坑涌水量预测的内容，并综合探讨了常用的六种预测方法，指出它们的适用条件及优缺点，以期在矿产地质勘查中，能够选择正确合适的预测方法，提高预测精度。

[关键词]矿产地质勘查 矿坑涌水量 预测方法

[中图分类号]P624 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-224-2

1引言

矿坑涌水量预测是矿产地质勘查中一项重要复杂的工作。预测结果是开采设计部门制定排水疏干方案、确定生产能力的主要依据。矿产地质勘查工作的成功与否在一定程度上取决于矿坑涌水量的预测精度。因为矿床水文地质条件比较复杂，如何准确预测矿坑涌水量始终是水文地质工作者的热门课题。提高矿坑涌水量预测精度的关键在于：一是查明矿坑充水岩层的水文地质参数，构建符合客观实际的水文地质概念模型；二是建立与水文地质模型吻合的数学模型，选择正确的预测方法计算。本文主要探讨了矿产地质勘查中矿坑涌水量预测方法。

2预测的内容

矿坑涌水量是指在单位时间内涌入矿坑的水量。对于矿产地质勘探阶段来说，主要以预测矿坑正常涌水量及最大涌水量为主，是进行评价性的计算。矿坑正常涌水量是指开采系统达到水平或中段标高时，在平水年保持相对稳定的总涌水量。最大涌水量是指在丰水年雨季时的最大涌水量。对暗河型、裸露型充水矿床来说，还应根据矿山的服务年限及气象变化周期，预测出在特大暴雨产生时，会出现的特大矿坑涌水量，为制订应变措施提供依据。

3常用的预测方法

在可靠的水文地质参数的基础上，就要选择合适的矿坑涌水量预测方法。根据水文地质概念模型的要求，矿坑涌水量预测数学模型分类如图1所示。目前，国内外常用的矿坑涌水量预测方法有水文地质比拟法、Q～s曲线外推法（涌水量-水位降深曲线法）、相关（回归）分析法、水均衡法、解析法和数值法。

3.1水文地质比拟法

水文地质比拟法是利用矿区水文地质条件相似、开采条件基本相同的已知矿山的矿坑涌水量的实际资料，来预测另一矿山的矿坑涌水量。该方法的前提是已知矿山和比拟矿山的水文地质参数可以用相同的数学表达式表示。拥有越高相似性，水文地质比拟法预测的矿坑涌水量的精度就越高。水文地质比拟法可以在矿山进行矿井延伸开采或扩大开采时使用，也可运用在新建设的相似水文地质条件的矿山，但预测前需做如下几个方面的详细调查：矿山地质、坑道充水岩层的特征、坑道涌水量、开采面积与水位降深的数学关系等。

3.2 Q～s曲线外推法

Q～s曲线外推法是指利用在稳定流条件下抽水试验得到的涌水量与水位降深的关系式，进行外推得到的涌水量，在本质上也是一种利用相似条件的比拟法。其应用的前提条件是抽水试验区与需要预测的矿山的水文地质条件基本相似，需要不少于三份的稳定水位降深的资料，外推的水位降深不得超过抽放水试验最大水位降深的两倍。Q～s曲线外推法适用于含水层富水性弱、抽水水位降深大的矿山。

3.3相关分析法

相关分析法是利用数理统计的一种预测方法，是在一系列实测资料的基础上，分析研究影响矿坑涌水量的不同因素之间的规律性。应用本方法的关键条件是选定相关因子，而相关因子必须在对长期、充足的数据进行充分研究的基础上来进行选定。选定相关因子后，确定相关线型。根据不同类型的曲线，需要用不同变数代换，将之化为直线，进而求出相关系数及回归方程式。在实际预测时，可建立涌水量与采矿暴露面积、降雨量等多元复相关回归方程。当确定矿坑涌水量与某一相关因子的回归方程后，只要将预测时的相关因子值代入到回归方程之中，就可以计算出矿坑涌水量。主要包括逐步回归、一元及多元线性回归等方法来预测矿坑涌水量。

3.4水均衡法

水均衡法是利用水均衡原理对矿坑涌水量进行预测的一种方法。它是通过研究分析地下水补给、径流、排泄等动态规律，利用物质守恒定理，确定矿区在某一时期地下水各个收支部分之间的变化，来建立地下水水量均衡方程，以预测矿区开采地段的矿坑涌水量。其应用前提为具备矿坑的一个水文年的地下水水量均衡动态资料。水均衡法适用于非渗流型地下水、均衡条件简单的矿床。

3.5解析法

解析法是常用来预测矿井涌水量。它是在地下水动力学原理的基础上，对具备一定边界条件及初始条件的地下水运动建立解析公式，来预测矿井涌水量。它分为稳定流解析法和非稳定流解析法两种。

（1）稳定流解析法。在达西定律基础上确定地下水动力学公式，忽略了时间变化，对矿井涌水量进行预测的方法。适用于一些矿坑地下水流场相对稳定的矿山。

（2）非稳定流解析法。是在稳定流解析法的基础上增加了时间变化的影响，适用于地下水非稳定流状态下的矿坑涌水量预测。

经常用到的解析法有大井法，它是把复杂的进水边界问题化为一个“大井”，令“大井”涌水量等同于矿坑涌水量，那么就可以采用合理的公式预测矿坑涌水量。解析法适用于水文地质条件简单的矿山，例如含水层呈规则几何形状、边界条件单一、方程式简单等。

3.6数值法

数值法是一种近似计算方法，它是计算机模拟地下水流场变化，来求解渗流偏微分方程近似解。该方法在实际预测中可以满足精度要求，可以有效解决含水层的平面与竖直方向的各向异性、河流渗漏及边界条件复杂等情况时的计算问题。

数值法包括正演问题及反演问题。正演问题，是指在己知含水层的物理特性及流动特性的条件下，计算水头分布的问题。反演问题，是根据抽水试验观测资料与地下水动态，反过来掌握水文地质条件，将水文地质参数确定的问题。利用数值法预测矿坑涌水量时，通常经过解反演问题先确定各水文地质参数，然后再解正演问题，进而得出预测结果。数值法适用于一些有大型抽放水试验资料或具有丰富的水文地质资料的水文地质条件较为复杂的矿山。

4常用预测方法的优缺点

不同方法各有其优缺点，见表1。另外，还有其适用条件。矿坑涌水量的各种预测方法，都是建立在矿坑涌水量预测数学模型的基础之上，具有其适用条件和应用范围。若在矿产地质勘查中矿坑涌水量预测方法选择不当，预测结果同样不可靠。

5结束语

为了取得较为精准的矿坑涌水量预测结果，在矿产地质勘查时，应该研究矿区水文地质条件，建立合理的矿坑涌水量预测数学模型，选用正确的预测方法。但不同的预测方法具备特定的适用条件及优缺点，实际运用中需要比较和分析，选择合适方法，才能准确且符合实际地预测矿坑涌水量。

参考文献

[1]蒋玲.和县龙塘沿铁矿矿坑涌水量预测研究[D].合肥工业大学，2014.

[2]高晓，李坷凌，陈蕾.小型煤矿矿井涌水量预测方法探讨[J].地下水，2013，（1）.

[3]张兴君，周涛，周康辉.诸宗煤矿矿井涌水量预测[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2012，（S1）.