S0 S Q
得到抽水试验散点 图！（Qi，Si）
Q aS
Ⅰ直线型
Q-S曲线图
曲线伸直
S、Q相除 取双对数
S 0 a bQ
Ⅱ抛物线型
1 lg Q lg a lg S Ⅲ幂曲线型 b
取单对数
Q a b lg S
Ⅳ对数曲线型
2)曲度法 在曲线上取两点， 由下式求出曲度值n： （Q1，S1）
将参数a,b及设计的水位降深S设计值代入原方程， 即可外推钻孔涌水量。
4、井径换算
由于抽水试验的钻孔孔径远小于井筒直径，为消 除井径的影响，所以在预测井筒涌水量时需进行井径 换算。
lg R孔 lg r孔 层流 Q井 Q孔 lg R lg r 井 井 紊流 Q井 Q孔 r井 r孔
2
③幂曲线型
lg Q b lgS lg a N
1 N lg Q lg S lg Q lgS 2 2 b N lg S lg S
b N Q lg S Q lgS N lg S lg S
2 2
Q b lgS ④对数曲线型 a N
一、应用条件： 位于分水岭地段的裸露型充水矿床， 主要接受大气降水的补给。 水文地质特征： 含水层厚度较薄，水位埋藏深、变幅大、升降迅速； 地层透水能力强，蓄水能力弱； 地下水运动 抽水试验条件困难，常无效果； 为非渗流型 地下水动态与降雨直接相关； 补给区主要在矿区范围附近，以垂向补给为主； 矿区地下水与区域地下水很少发生水力联系，无侧向 补给。
Ｓ
Ⅱ
Ⅲ
原来被阻塞的裂隙、岩溶通道被突然疏通
2、 判别实际的Q–S曲线的类型
（1）伸直法 将曲线方程以直线关系式表示，并以直线关系式中的两 个相对应的变量建立坐标系，把(抽)放水试验的涌水量和 相应的水位降深资料，分别放到上述的四种曲线类型各自 的直线关系式坐标系中进行伸直判别。
散点图 直接看 过原点
确定依据
一、矿井涌水量预测内容
1、矿井正常涌水量 开采系统达到某一标高(或水平)时，正常状态下保持 相对稳定时的总涌水量。通常是指平水年的涌水量。 2、矿井最大涌水量 正常状态下开采系统在丰水年雨季时的最大涌水量。 3、开拓井巷涌水量 井筒(立井、斜井)和巷道(平硐、平巷、斜巷、石门) 在开拓过程中的涌水量。
第五章 矿井涌水量预测
江西榨一煤矿

内容安排
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 水文地质比拟法 Q-S曲线外推法 水均衡法 解析法 数值法
第一节
概
述
矿井涌水量是指矿山建设和生产过程中单位时间 内流入矿井(包括各种巷道和开采系统)的水量。
矿床水文地质条件类型 矿床水文地质条件复杂程度 矿床开发经济技术条件 矿山疏干排水设计 矿井生产能力 防治水措施
线，可由求出参数a和b。 结果：a为截距，b为直线的斜率 1 注意：Ⅲ幂曲线型中，b为斜率的倒数 lg Q lg a b lg S
Q a b lg S
⑵ 最小二乘法：当精度要求较高时采用
①直线型 ②抛物线型
QS a S
2
S a
0
b Q N
b
N S0 S0 Q N Q 2 Q
主要工作
4、疏干工程的排水量 在规定的疏干时间内，将水位降到某一规定标 高时所需的疏干排水强度。
难以预测！ 5、矿井突水量 矿井采掘过程中在某些因素的作用下，含水 层(体)中的地下水突破隔水层而突然进入开采 系统的水量，突水量常常是正常涌水量的数倍 甚至数十倍。
人为
二、预测失误的原因分析
1977～1978年，地质矿产部曾对55个重点岩溶充水矿山 进行了水文地质回访调查，矿井涌水量预测值与开采后的实 际涌水量的对比表明： 10％的矿区--误差小于30％ 80％的矿区--误差大于50％ 个别矿区----误差达数10倍、100倍 例1：叶庄铁矿预测值为417.4m3/d，实际值为预测值的256.3倍。 例2：泗顶铅锌矿
2、水文地质模型概化不当，选用的水文地质参数不妥， 缺乏代表性；
叶庄矿： 单孔抽水试验二次降深得 K=0.215m/d ← 三次降深抽水试验得 K=11.67m/d，增长44倍；
3、数学模型选择不当。
求解参数的关键环节！
数学模型-水文地质模型-水文地质勘探资料
三、矿井涌水量预测的特点


矿井涌水量预测以准确地预测丰水期最大涌水量为目标； 我国矿井大多分布于基岩山区，充水条件差异悬殊，补排 条件复杂，边界、结构与流态复杂，定量化难度大。 矿山井巷类型与空间分布千变万化，开采方法、速度与规 模等生产条件复杂且不稳定，给矿井涌水量预测带来诸多 不确定性因素。 矿井涌水量预测多为大降深，必然导致对矿区水文地质条 件的严重干扰与破坏，且破坏强度难于预料与定量化。 矿井地质调查中，水文地质工作投入技术条件较差、投资 少、工程控制程度低，在客观上给涌水量预测带来一定困 难。

优点
避开了求取各种水文地质参数 适用条件复杂，难于取得参数的矿区
Q–S曲线法的计算方法和步骤：
1、建立各种类型Q–S曲线方程 2、判别实际的Q–S曲线的类型 3、确定方程中的待定参数a和b 4、井径换算
1、建立Q–S曲线方程 可归纳为四种数学模型：
Ｑ
Ⅴ Ⅰ
Ⅰ直线型 Ⅱ抛物线型 Ⅲ幂曲线型 Ⅳ对数曲线型
实际涌水量 预测方案一 预测方案二
6048 m3/d
80524.8 m3/d
误差1231%
95299.2 m3/d
误差1475%
二、预测失误的原因分析
1、水文地质条件的复杂性认识不足，对水文地质条件未 予查清；
叶庄矿：三个方面补给边界←一个补给方向 杨二矿：半封闭型地下水系统←开放型大水矿区 红岩矿：水源底板茅口组灰岩←顶板长兴组灰岩
Q aS
S aQ bQ2
Q aS
1 b
Ⅳ
Ｓ
Ⅱ
Ⅲ
Q a b lg S
Ⅰ 直线型：承压井流（或厚度很大、 降深相对较小的潜水井流）
Ｑ
Ⅱ 抛物线型：潜水、承压-无压井流 （三维流、紊流影响的承压井流）
Ⅴ Ⅰ Ⅳ
Ⅲ 幂曲线型：从某一降深值起，涌 水量Q随阵深S的增大而增加很少
Ⅳ 对数型：补给衰竭或水流受阻，随 S增大Q增量很小，曲线趋向S轴 Ⅴ 可能有误或特殊现象发生
lg S 2 lg S1 n lg Q2 lg Q1
（Q2，S2）
曲度判定
1 试验资料有错误 1 直线型 n 1,2 幂曲线型 2 抛物线型 2 对数曲线型
3．确定方程中的待定参数a和b ⑴图解法: 一般情况下，利用各类型的直线方程图
四、矿井涌水量预测步骤
-3
第一步：建立水文地质(概化)模型 要求:
(1)概化已知状态下矿区水文地质条件； (2)给出未来开采井巷的内部边界条件； (3)预测未来开采条件下的外部边界。
以条件复杂的大水矿井为例，大致分三个阶段：
第一阶段(初勘阶段)，通过初勘资料，对矿床水文地质 条件概化，提出水文地质模型的“雏型”，它可作为大型抽 (放)水试验设计的依据； 第二阶段(详勘阶段)，根据勘探工程提供的各种信息， 特别是大型抽(放)水试验资料，完成对水文地质模型“雏型” 的调整，建立水文地质模型的“校正型”； 第三阶段，在水文地质模型“校正型”的基础上，根据 开采方案(即疏干工程的内边界条件)预测未来开采条件下外 边界的变化规律，建立水文地质模型的“预测型”。
-60.00
数学模型的解算 是对水文地质模型 和数学模型进行全 面验证识别的过程， 最终使所建模型和 预测结果更加合理 和趋于实际。
597 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00 H(m)
872
1214
1303
1396
1500
t(d) 1570
观测值 计算值
3-00-7 H-t曲线
如：广东某金属矿区，曾用Q-S曲线法预测 ＋50m水平的涌水量为14450m3／d，与巷道 放水外推的数值(14000m3／d)接近，而用解 析法预测的结果(12608m3／d)则偏小12％。
一般认识：
I型曲线，出现在承压含水层或潜水含水层(水 位降深与含水层厚度相比应很小)中，地下水呈层 流状态； Ⅱ型曲线，在富水性强的含水层中强烈抽水、 地下水在水井附近或强径流通道附近发生紊流的情 况下出现的，水位降深在一些地区与流量的平方成 正比； Ⅲ、IV型曲线，在含水层规模小、补给条件差 的情况下出现的，一定要用真正稳定的Q和S建立方 程。

要求
三次以上水位降低的抽（放）水试验
大口径、大降深，抽水规模尽量地接近未来的开采条件 抽水时间尽量延长，充分暴露水文地质条件

影响Q-S关系的因素
水文地质条件，如含水层规模、补给程度、边界条件等； 抽水时的水位降深大小对外推精确程度影响很大；
抽水井的结构和抽水时间的影响。
第二步：选择计算方法，建立相应的数学模型
常用的数学模型为：
经验方程（比拟法） Q-S曲线方程 回归方程
数 学 模 型 分 类
非确定性统计模型
渗流型 确定性模型
解析解-井流方程
稳定井流公式 非稳定井流公式
数值解
非渗流型
有限元法 有限差分法
混合型模型
第三步：求解数学模型，评价预测结果
1-99-3 H-t曲线
-60.00 597 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00
H(m)
t(d) 872 1214 1303 1396 1500 1570
观测值 计算值
第二节 水文地质比拟法
水文地质比拟法利用地质和水文地质条件 相似、开采方法基本相同的生产矿井的排水 或涌水量观测资料，来预测新建矿井的涌水 量。