3. 矿井涌水量资料收集与分析
水仓有效容积的确定和排水系统冗余校核,都建立在可靠的涌水量数据之上。涌水量取值偏小,水仓容积和泵组能力不足,雨季容易淹井;取值偏大,则造成井下水仓、泵房和管路投资浪费。因此,本节的核心任务不是"抄一个涌水量数字",而是搞清楚这个数字从哪来、怎么观测、如何统计,以及设计涌水量与最大涌水量究竟按什么方法确定。
一、涌水量来源的辨识
矿井涌水量是多种水源叠加的结果,资料收集首先要按来源分类,而不是笼统记一个总量。常见来源包括:
- 含水层涌水:砂岩裂隙水、灰岩岩溶水等,往往占主导,且随采掘揭露面积增大而变化;
- 地表水补给:河流、水库、塌陷坑通过导水通道进入井下,具有明显的季节性;
- 老空水:采空区积水,瞬时溃入时峰值极大,是最大涌水量分析的重点;
- 生产用水与灌浆水:井下防尘、灌浆、设备冷却等进入水仓的水量,虽非天然涌水,但同样占用有效容积,统计时不可遗漏;
- 钻孔与构造导水:封孔不良钻孔、断层破碎带形成的集中出水点。
实际收集时应把各出水点按位置、层位、来源逐项登记,形成"出水点台账",注明发现时间、初始水量、变化趋势和处理措施。这份台账是后续统计和最大涌水量分析的基础资料,比一个汇总数字有价值得多。
二、观测方法与数据统计
涌水量观测的常用手段有三类。一是容积法:在出水点设集水坑或挡水堰,用已知容积的水箱、量桶接水并计时,适用于水量较小的单点,精度较高。二是堰测法:在排水沟中设置三角堰、矩形堰或梯形堰,测量堰上水头 h,按堰流公式换算流量,适用于水沟中连续水流,是矿井最常用的方法。以直角三角堰为例,自由出流时可用 Q ≈ 1.4h2.5(Q 单位 m³/s,h 单位 m)估算,实际应结合堰板尺寸和现场率定。三是浮标法或流速仪法:在水沟规则断面测流速与过水断面,Q = v·A,适用于水量大、水沟规整的场合。
观测频次上,正常涌水期一般每月观测 1~3 次,雨季或水量变化期加密到每周甚至每日;对重点出水点应固定断面、固定方法、固定人员,保证数据可比。所有观测记录应包含日期、地点、方法、堰型或断面尺寸、水头/流速读数、计算流量和观测人。
数据统计的落脚点是三个特征值:正常涌水量(平水期稳定水量)、最大涌水量(丰水期或溃水时的峰值)和涌水量随时间的变化规律。统计时按月度、年度整理,绘制涌水量过程线,标出雨季峰值、采掘揭露新含水层后的台阶式上升等关键节点。若矿井有多年资料,应至少取近 3~5 年序列,剔除因停产、灌浆等造成的异常段。
三、设计涌水量与最大涌水量的确定
设计涌水量用于确定正常排水能力和水仓有效容积,最大涌水量用于校核泵组、管路和供电的冗余能力。常用确定方法有以下几种,工程上往往互相印证后取值:
- 统计分析法:以多年实测正常涌水量为基础,取算术平均值或保证率较高的值作为设计涌水量;最大涌水量取历年实测最大值,或按正常涌水量的倍数(如 1.5~2.0 倍,视水文地质条件定)估算。
- 水文地质比拟法:新建矿井或延深水平缺乏实测资料时,参照水文地质条件相似的邻近生产矿井,按采掘面积、水位降深或产量比例换算。
- 解析计算法:按含水层厚度、渗透系数、水位降深,用大井法、集水廊道法等公式计算正常涌水量,多用于设计阶段。
- 相关因素外推法:建立涌水量与降雨量、采掘面积等的相关关系,外推最大涌水量,适用于地表水补给明显的矿井。
需要强调的是,最大涌水量不能简单取"正常涌水量×系数"了事。对有老空水、岩溶水或地表水补给通道的矿井,应单独分析溃水工况下的瞬时峰值,必要时按最不利组合确定。设计涌水量与最大涌水量的取值依据、方法和结论,应形成书面说明并随水文地质资料一并归档,作为水仓容积计算和排水系统校核的输入条件。
把上述四步串起来看,资料收集与分析实际是一条"来源辨识—观测取数—统计定值—方法互证"的链条。链条上任何一环偷工减料,后面的水仓容积和排水冗余计算都会失去意义。工程实践中,建议把出水点台账、观测记录表、涌水量过程线和取值说明作为一套完整资料同步维护,随采掘推进动态更新,而不是等到设计或验收时才临时补数。