礦產地質勘查中礦坑涌水量預測方法探討

李海健

[摘要]礦坑涌水量預測是礦產地質勘查的重要組成部分。預測方法的選擇是提高礦坑涌水量預測精度的關鍵。本文簡述了礦產地質勘查中礦坑涌水量預測的內容，并綜合探討了常用的六種預測方法，指出它們的適用條件及優(yōu)缺點，以期在礦產地質勘查中，能夠選擇正確合適的預測方法，提高預測精度。

[關鍵詞]礦產地質勘查 礦坑涌水量 預測方法

[中圖分類號]P624 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-224-2

1引言

礦坑涌水量預測是礦產地質勘查中一項重要復雜的工作。預測結果是開采設計部門制定排水疏干方案、確定生產能力的主要依據(jù)。礦產地質勘查工作的成功與否在一定程度上取決于礦坑涌水量的預測精度。因為礦床水文地質條件比較復雜，如何準確預測礦坑涌水量始終是水文地質工作者的熱門課題。提高礦坑涌水量預測精度的關鍵在于：一是查明礦坑充水巖層的水文地質參數(shù)，構建符合客觀實際的水文地質概念模型；二是建立與水文地質模型吻合的數(shù)學模型，選擇正確的預測方法計算。本文主要探討了礦產地質勘查中礦坑涌水量預測方法。

2預測的內容

礦坑涌水量是指在單位時間內涌入礦坑的水量。對于礦產地質勘探階段來說，主要以預測礦坑正常涌水量及最大涌水量為主，是進行評價性的計算。礦坑正常涌水量是指開采系統(tǒng)達到水平或中段標高時，在平水年保持相對穩(wěn)定的總涌水量。最大涌水量是指在豐水年雨季時的最大涌水量。對暗河型、裸露型充水礦床來說，還應根據(jù)礦山的服務年限及氣象變化周期，預測出在特大暴雨產生時，會出現(xiàn)的特大礦坑涌水量，為制訂應變措施提供依據(jù)。

3常用的預測方法

在可靠的水文地質參數(shù)的基礎上，就要選擇合適的礦坑涌水量預測方法。根據(jù)水文地質概念模型的要求，礦坑涌水量預測數(shù)學模型分類如圖1所示。目前，國內外常用的礦坑涌水量預測方法有水文地質比擬法、Q～s曲線外推法（涌水量-水位降深曲線法）、相關（回歸）分析法、水均衡法、解析法和數(shù)值法。

3.1水文地質比擬法

水文地質比擬法是利用礦區(qū)水文地質條件相似、開采條件基本相同的已知礦山的礦坑涌水量的實際資料，來預測另一礦山的礦坑涌水量。該方法的前提是已知礦山和比擬礦山的水文地質參數(shù)可以用相同的數(shù)學表達式表示。擁有越高相似性，水文地質比擬法預測的礦坑涌水量的精度就越高。水文地質比擬法可以在礦山進行礦井延伸開采或擴大開采時使用，也可運用在新建設的相似水文地質條件的礦山，但預測前需做如下幾個方面的詳細調查：礦山地質、坑道充水巖層的特征、坑道涌水量、開采面積與水位降深的數(shù)學關系等。

3.2 Q～s曲線外推法

Q～s曲線外推法是指利用在穩(wěn)定流條件下抽水試驗得到的涌水量與水位降深的關系式，進行外推得到的涌水量，在本質上也是一種利用相似條件的比擬法。其應用的前提條件是抽水試驗區(qū)與需要預測的礦山的水文地質條件基本相似，需要不少于三份的穩(wěn)定水位降深的資料，外推的水位降深不得超過抽放水試驗最大水位降深的兩倍。Q～s曲線外推法適用于含水層富水性弱、抽水水位降深大的礦山。

3.3相關分析法

相關分析法是利用數(shù)理統(tǒng)計的一種預測方法，是在一系列實測資料的基礎上，分析研究影響礦坑涌水量的不同因素之間的規(guī)律性。應用本方法的關鍵條件是選定相關因子，而相關因子必須在對長期、充足的數(shù)據(jù)進行充分研究的基礎上來進行選定。選定相關因子后，確定相關線型。根據(jù)不同類型的曲線，需要用不同變數(shù)代換，將之化為直線，進而求出相關系數(shù)及回歸方程式。在實際預測時，可建立涌水量與采礦暴露面積、降雨量等多元復相關回歸方程。當確定礦坑涌水量與某一相關因子的回歸方程后，只要將預測時的相關因子值代入到回歸方程之中，就可以計算出礦坑涌水量。主要包括逐步回歸、一元及多元線性回歸等方法來預測礦坑涌水量。

3.4水均衡法

水均衡法是利用水均衡原理對礦坑涌水量進行預測的一種方法。它是通過研究分析地下水補給、徑流、排泄等動態(tài)規(guī)律，利用物質守恒定理，確定礦區(qū)在某一時期地下水各個收支部分之間的變化，來建立地下水水量均衡方程，以預測礦區(qū)開采地段的礦坑涌水量。其應用前提為具備礦坑的一個水文年的地下水水量均衡動態(tài)資料。水均衡法適用于非滲流型地下水、均衡條件簡單的礦床。

3.5解析法

解析法是常用來預測礦井涌水量。它是在地下水動力學原理的基礎上，對具備一定邊界條件及初始條件的地下水運動建立解析公式，來預測礦井涌水量。它分為穩(wěn)定流解析法和非穩(wěn)定流解析法兩種。

（1）穩(wěn)定流解析法。在達西定律基礎上確定地下水動力學公式，忽略了時間變化，對礦井涌水量進行預測的方法。適用于一些礦坑地下水流場相對穩(wěn)定的礦山。

（2）非穩(wěn)定流解析法。是在穩(wěn)定流解析法的基礎上增加了時間變化的影響，適用于地下水非穩(wěn)定流狀態(tài)下的礦坑涌水量預測。

經(jīng)常用到的解析法有大井法，它是把復雜的進水邊界問題化為一個“大井”，令“大井”涌水量等同于礦坑涌水量，那么就可以采用合理的公式預測礦坑涌水量。解析法適用于水文地質條件簡單的礦山，例如含水層呈規(guī)則幾何形狀、邊界條件單一、方程式簡單等。

3.6數(shù)值法

數(shù)值法是一種近似計算方法，它是計算機模擬地下水流場變化，來求解滲流偏微分方程近似解。該方法在實際預測中可以滿足精度要求，可以有效解決含水層的平面與豎直方向的各向異性、河流滲漏及邊界條件復雜等情況時的計算問題。

數(shù)值法包括正演問題及反演問題。正演問題，是指在己知含水層的物理特性及流動特性的條件下，計算水頭分布的問題。反演問題，是根據(jù)抽水試驗觀測資料與地下水動態(tài)，反過來掌握水文地質條件，將水文地質參數(shù)確定的問題。利用數(shù)值法預測礦坑涌水量時，通常經(jīng)過解反演問題先確定各水文地質參數(shù)，然后再解正演問題，進而得出預測結果。數(shù)值法適用于一些有大型抽放水試驗資料或具有豐富的水文地質資料的水文地質條件較為復雜的礦山。

4常用預測方法的優(yōu)缺點

不同方法各有其優(yōu)缺點，見表1。另外，還有其適用條件。礦坑涌水量的各種預測方法，都是建立在礦坑涌水量預測數(shù)學模型的基礎之上，具有其適用條件和應用范圍。若在礦產地質勘查中礦坑涌水量預測方法選擇不當，預測結果同樣不可靠。

5結束語

為了取得較為精準的礦坑涌水量預測結果，在礦產地質勘查時，應該研究礦區(qū)水文地質條件，建立合理的礦坑涌水量預測數(shù)學模型，選用正確的預測方法。但不同的預測方法具備特定的適用條件及優(yōu)缺點，實際運用中需要比較和分析，選擇合適方法，才能準確且符合實際地預測礦坑涌水量。

參考文獻

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