3. 矿井涌水量预测所需资料收集与现场调查
涌水量预测的可靠性,首先取决于基础资料是否齐全、真实、可比。预测公式只是“加工设备”,资料才是“原料”:水文地质测绘回答水从哪里来、沿什么通道来;钻孔资料回答含水层有多厚、水头有多高、渗透性如何;巷道揭露信息回答采矿扰动后实际出水点分布与变化;历史排水记录则给出矿井在不同季节、不同开采阶段真实承受的水量。四类资料互为校核,缺一类,预测就容易变成“拍脑袋”。本节按“收集什么—怎么取—怎么整理成可用成果”的顺序展开。
一、水文地质测绘:把含水系统“画出来”
水文地质测绘的核心是查明地表与浅部的水文地质条件,为预测提供边界与补给参数。现场应重点调查并记录:井泉位置与流量(注明测流日期、测流方法,如容积法或堰测法)、地表水体(河流、水库、塌陷积水区)与矿层的空间关系、含水层露头与岩性、断层与裂隙密集带的位置和产状、老窑与废弃井口分布、地表裂缝与塌陷坑。对每个泉点应至少测两次流量(枯水期、丰水期各一次),并同步记录附近潜水位,才能判断补给强弱与季节性。
测绘成果应落到一张带坐标与高程的水文地质图上,图面要素包括:含水层界线、地下水流向箭头、井泉编号与流量、地表水体、断层带及推测导水通道。图上每个点都要有对应的野外记录表,记录坐标、高程、岩性描述、出水状态(滴水/渗水/涌水)、水温与气温。示例:某泉点枯水期流量 0.35 L/s、丰水期 1.2 L/s,水温常年 16 ℃,则提示该泉受深部含水层补给、径流途径较深,预测时不能简单按降雨入渗系数估算。
二、钻孔资料:取得含水层“定量骨架”
钻孔资料是涌水量预测中参数最直接的来源。需要收集的钻孔类型包括:地质勘探孔、水文地质孔、专门抽水试验孔以及井下探放水孔。每份钻孔资料应整理出:孔口坐标与高程、终孔深度、各含水层顶底板埋深与厚度、岩芯采取率与岩性描述、冲洗液消耗量(可定性判断裂隙发育程度)、水位(初见水位与稳定水位要分开记录)、抽水试验成果(涌水量 Q、降深 S、渗透系数 K、影响半径 R)以及水质分析结果。
抽水试验数据是求渗透系数的关键。以单孔稳定流抽水为例,承压完整井可用 K = 0.366Q(lgR − lgr)/ (M·S) 估算,其中 Q 为稳定涌水量(m³/d)、M 为含水层厚度(m)、S 为降深(m)、r 为钻孔半径(m)、R 为影响半径(m)。示例(假设数据):某孔 Q=480 m³/d,M=12 m,S=8.5 m,r=0.055 m,R=150 m,代入得 K≈0.366×480×(2.176−(−1.26))/(12×8.5)≈5.8 m/d,属中等富水。此类参数应逐孔列表,并标注试验日期与稳定延续时间(一般不少于 8 h),避免把非稳定段数据混入。
三、巷道揭露信息:校正预测的“现场实测”
巷道揭露信息是预测模型最贴近实际的校核依据。掘进与回采中应系统记录:出水点位置(距巷道口距离、标高)、出水形式(滴水、淋水、股状涌水、突然溃水)、初始涌水量与衰减过程、水压(安装压力表读数)、水温、水质(是否浑浊、有无异味)、出水层位与构造关系(是否沿断层带、裂隙带、砂岩与泥岩接触面出水)。对集中出水点应设临时测流点,采用容积法或三角堰定时观测,形成“位置—时间—流量”序列。
这些信息能直接修正预测假设。例如某运输巷在穿过一条落差 15 m 的正断层后出现股状涌水,初始 25 m³/h,3 天后衰减至 9 m³/h 并趋于稳定,说明该出水以裂隙静储量释放为主、补给有限;若长期稳定在 20 m³/h 以上,则提示存在持续补给通道,预测时必须把该断层带作为强导水边界处理。巷道素描图与出水点台账应同步归档,便于与钻孔资料对照。
四、历史排水记录:还原矿井“真实水量曲线”
历史排水记录反映矿井已经承受的水量,是检验预测结果最直接的标尺。应收集:各水平、各采区泵房的排水量(水仓水位变化或流量计累计值)、排水时间与开泵台数、水仓容积与清淤记录、雨季与旱季水量对比、突水事件记录及处理过程。整理时要把“排水量”换算为“涌水量”:涌水量≈排水量+水仓水量变化量(水位上升为正、下降为负),并注明统计时段,避免把水仓调蓄量误当涌水量。
建议按月建立涌水量台账,至少包含:月份、采掘位置、降雨量、排水量、水仓水位变化、折算涌水量、异常说明。示例(假设数据):某矿 7 月排水量 5.2 万 m³,月初水仓水位 2.1 m、月末 2.6 m,水仓底面积 400 m²,则调蓄增量约 200 m³,折算月涌水量约 5.22 万 m³,日均约 1680 m³/d;对比 3 月日均 1100 m³/d,可判断雨季补给增量约 50%,预测丰水期涌水量时应按此比例上调。
五、资料整备:让四类资料“对得上”
收集只是第一步,真正决定预测质量的是整备。首先要统一基准:所有坐标、高程统一到同一坐标系统与高程基准,流量统一为 m³/d 或 m³/h 并注明换算关系,水位统一为埋深或标高并说明是初见值还是稳定值。其次做一致性校核:钻孔抽水得到的 K 值与巷道出水衰减特征是否吻合;测绘圈定的补给边界是否与历史排水量的雨季增量对应;断层位置在测绘图、钻孔柱状图和巷道素描图上是否一致。发现矛盾时,应回到现场复核,而不是简单取平均值。
最后形成“涌水量预测基础台账”,字段建议包括:资料编号、类型(测绘/钻孔/巷道/排水)、位置坐标、关键参数、观测日期、数据质量等级(可靠/参考/存疑)、备注。台账中每条数据都要能追溯到原始记录,预测时按质量等级取用,存疑数据只作敏感性分析,不进入主模型。这样,后续选择比拟法、解析法或数值法时,参数来源清楚、边界条件明确,预测结果才具备可解释性和可复核性。