蔡江林 張紫瑤 周川江 張歷彩 馮紹輝

（六盤水師范學院礦業(yè)與土木工程學院，貴州六盤水 553004）

0 引言

煤礦礦井水的預測是井下排水系統(tǒng)設(shè)置的重要依據(jù)，也是水害發(fā)生后及時逃生的關(guān)鍵，更是煤礦智能化建設(shè)的核心技術(shù)。目前，礦井涌水量仍舊受到多方面因素的制約，如水文特征、氣候影響、地貌特征、構(gòu)造斷裂、地層巖性等，這些相關(guān)影響因素難以準確給出。且礦區(qū)地下水流速極其緩慢，這就給采煤工作面實時涌水量預測帶來了挑戰(zhàn)，普通用于測量水流速度尺度較大的測量裝置無法用于礦區(qū)地下水領(lǐng)域。這就給由多種因素構(gòu)造而成的礦井涌水量非線性預測模型與實際情況之間帶來了非常大的阻礙。目前，礦區(qū)涌水量非線性預測主要有以下幾種方法：一是基于流域間的相同性，將情況類似的流域水文資料沿用到該研究領(lǐng)域的比擬法，此方法具有簡單、經(jīng)濟使用等優(yōu)點。但是，由于各地礦區(qū)的水文地質(zhì)條件不盡相同，特別是充水因素變化莫測，會因時而異、因地而異。因此，對于比擬法的計算公式的修正較為模糊，且比擬法缺少地質(zhì)條件相似性的認識；二是利用水文地質(zhì)條件，運用模擬公式進行工作面涌水綜合計算，此方法具有適應能力強、快捷簡便等優(yōu)點；三是采用地下水模擬計算軟件GMS 中M ODFLOW 計算模塊、PEST 參數(shù)反演模塊及其強大的前處理、后處理功能以及卓越的三維可視效果，對礦區(qū)礦坑涌水量進行模擬預測。此模擬方法常用于研究預測礦坑的涌水量中，不僅可信度高，而且運用便捷。以上幾種方法在長期運用中均不同程度的存在以下幾種問題：（1）比擬法缺少地質(zhì)條件相似性的認識；（2）解析法設(shè)置的解析條件過于苛刻，實際無法滿足；（3）數(shù)值法缺少水文地質(zhì)參數(shù)；（4）統(tǒng)計法缺少歷史資料的積累。

1 礦區(qū)涌水量預測方法發(fā)展趨勢

水文地質(zhì)比擬法是指以礦坑的涌水量結(jié)果為依據(jù)，并在現(xiàn)有的生產(chǎn)礦井的水文地質(zhì)資料基礎(chǔ)之上，類比推算、預測出其余地質(zhì)條件類似的礦區(qū)涌水量的方法[1]。此方法擁有計算較簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點。然而，影響礦區(qū)涌水量的因素非常多，比如地質(zhì)構(gòu)造、地應力、含水層的水頭壓力以及富水性等多種其他因素[2]。且各個因素直接聯(lián)系非常復雜。因此，在使用該方法時，必須通過多次的水文數(shù)據(jù)采集和分析研究來確定影響礦區(qū)涌水量的主要因素，且選擇合適的涌水量計算公式和適當?shù)男拚齾?shù)才可能使計算量同實際涌水量的差值最小。在后續(xù)的發(fā)展中，對相似度的準確定位以及對各個影響因素的修正系數(shù)的準確度是一個可能的發(fā)展趨勢。礦區(qū)涌水量曲線模擬方程法的原理是利用鉆孔抽水實驗得出涌水量與水位的關(guān)系曲線圖，再通過曲線圖推測計算出未來一段時間內(nèi)的涌水量狀況。此方法的優(yōu)勢在于其可以適用于較為復雜的礦井水文地質(zhì)條件，值得注意的是，其使用要求在于待開采的礦井條件要與鉆孔抽水的水文地質(zhì)條件類似[3]。地下水模擬系統(tǒng)（簡稱“GMS”）是一款目前世界使用較為廣泛的地下水數(shù)值模擬軟件，此軟件由美國楊百翰大學的環(huán)境模型研究實驗室基于Modflow、Modpath 等已有地下水模型上研發(fā)而成的一個具有綜合模擬地下水的圖形界面軟件[4]，該方法是通過GMS 中的modflow 計算模塊，將復雜地形的地下水情況呈現(xiàn)出來，反映地下水的真實狀況，然后利用軟件回饋的數(shù)值來計算工作面的涌水量。此方法的優(yōu)點是可以建立三維的地質(zhì)模型、模擬三維真實含水層，得出的數(shù)據(jù)較真實可靠。

2 現(xiàn)有礦區(qū)涌水量預測方法存在的問題

礦井涌水量是用于評價水文地質(zhì)條件復雜程度的重要指標，對于指導礦井的排水設(shè)施建設(shè)、保障煤礦安全生產(chǎn)有著不可替代的重要價值，而影響礦井涌水量的因素多而雜[5]。且預測礦井水涌水量的方法或多或少都存在一定的局限性。如果要正確的準確的去預測煤礦的出水量，我們需要完整的去了解預測礦井涌水量的各種方法，了解每種方法的不足之處，在之后去找出對應的解決方式，使其適應性更強。

相關(guān)分析法是一種統(tǒng)計分析方法，利用礦井涌水量和各種影響因素的統(tǒng)計關(guān)系，建立回歸方程[6]。但是其要使用許多更全面且實地考察得來的數(shù)據(jù)，其好的地方在于此類方法與其它方法相比較，其不需要使用水文地質(zhì)參數(shù)；一些額外的因素也不能對其造成一定的擾動。這種方式有他的好處，同樣也有他限制的地方。例如在擬定相應的回歸方程時，使用的每一個參數(shù)可能或多或少都存在著一定的制約關(guān)系。并且在礦井掘進進度的加快時，各個因素也在不同程度的變化，以此就會在不同掘進深度產(chǎn)生不同的計算公式。計算公式就難以做到相統(tǒng)一，這會使得我們在進行礦區(qū)涌水量計算時，針對不同的礦區(qū)，我們更需要去因地制宜，對不同的礦區(qū)的地層條件，地質(zhì)構(gòu)造做出進一步的選擇，去使用當?shù)氐V區(qū)不同的地質(zhì)條件擬定適用于該礦區(qū)的綜合涌水量計算公式。這樣才能有效的、準確的對該礦區(qū)的涌水量進行預測，切不可盲目的使用其它礦區(qū)或者前人已有的經(jīng)驗公式進行預測，應該根據(jù)實際的情況進行調(diào)整或者重新擬定相應的預測公式。

總的來說，礦井涌水量的預測方法多種多樣，且每種方式都存在各自的長短，值得注意的是，他們都要通過取得實地水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，去構(gòu)建理論模型。此時就存在一定的取長補短的關(guān)系，將其結(jié)合起來使用到不同礦區(qū)之中，也許能更好的完成對不同礦區(qū)礦井水的預測。隨著科技的發(fā)展，在該領(lǐng)域也涌現(xiàn)出很多新型的預測手段。這些方式大多都伴隨著科技創(chuàng)新，使用一些自主研發(fā)的或已有的機械設(shè)備并通過計算機系統(tǒng)以顯示各種礦區(qū)的實時涌水量的預測，并且一些研發(fā)較好的設(shè)備還能對礦區(qū)礦井水實時流速和流向的監(jiān)測，做到真正的實時監(jiān)測，能有效的對礦區(qū)安全生產(chǎn)、保水采煤提供保障。