新生界松散含水層抽水試驗(yàn)止水方法的研究：以祁東煤礦南部采區(qū)水文地質(zhì)探查工程為例

王海波

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州234000)

兩淮煤田絕大部分是被厚數(shù)百米的新生界松散層掩蓋，根據(jù)巖性組合特征和含水層的富水性，從上至下，新生界松散層一般可劃分為四個含水層(組)和三個隔水層(組)。各含水層之間通過弱透水層和“天窗”以越流的形式發(fā)生一定的水力聯(lián)系，為一個多含水層系統(tǒng)。新生界底部第四含水層(俗稱“底含”或“下含”)，直接覆蓋在基巖各含水層之上，其富水性和透水性在空間上差異很大，它與基巖各含水層均有水力聯(lián)系，特別是在淺部煤系砂巖裂隙含水層段有著密切的水力聯(lián)系。受煤系地層尤其是淺部煤層開采影響，該含水層通過基巖原生裂隙和后期因礦井開采產(chǎn)生的裂隙與井下發(fā)生了水力聯(lián)系，因而構(gòu)成了礦井水害的水源之一。因此，對新生界底部含水層進(jìn)行疏放降水和水害治理，是保證煤礦安全生產(chǎn)的一個有效途徑，也是為合理留設(shè)防水煤柱高度，提高煤層的回采上限，最大解放和實(shí)現(xiàn)安全回收防水煤柱資源量，這已成為各煤礦的當(dāng)務(wù)之急。而這些都需要靠掌握采區(qū)新生界松散層的的水文地質(zhì)特征，掌握新生界含水層間的水力聯(lián)系以及與煤系砂巖含水層間的水力聯(lián)系，掌握大氣降水與新生界各含水層的補(bǔ)給關(guān)系，掌握新生界含水層水位與井筒井壁淋水量的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。因此，需要通過對井田新生界進(jìn)行水文地質(zhì)勘探和抽水試驗(yàn)來掌握水文地質(zhì)特征，通過施工水文長觀孔、建立地下水動態(tài)觀測網(wǎng)來掌握各含水層間的水力聯(lián)系。那么，對抽水試驗(yàn)和長觀孔目的層以外進(jìn)行有效止水就顯得至關(guān)重要，它決定了所獲取的水文地質(zhì)資料的真實(shí)性。

新生界松散含水層抽水試驗(yàn)止水方法有多種，目前我們最常用的有兩種，一種是下入兩路套管，先下一路套管對抽水目的層以上的地層進(jìn)行封閉隔離，然后水泥固管止水，再下入一路套管(帶過濾管)對目的層進(jìn)行抽水。這種方法止水效果可靠，但是耗費(fèi)管材材料多，如果采用“飛管”，則兩路套管重疊段不少于20 m，中間置入橡膠止水墊，如處理不好，容易跑砂，造成抽水試驗(yàn)失敗。一種是采用止水盤異徑壓力粘土止水法，即在抽水目的層以上選一比較厚的粘土隔水層，該層以上擴(kuò)一較大的孔徑(通常是250 mm)，該層以下擴(kuò)一較小的孔徑(通常是146 mm)，然后配好實(shí)管和過濾管(管徑通常是108 mm)，下放套管使止水盤(直徑通常是220 mm)坐實(shí)在該粘土層變徑處。這種方法節(jié)省管材，但是止水盤上部絲扣處理不好很容易漏水，造成止水失敗，導(dǎo)致抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料失真，即使抽水前止水檢查合格，但如果該孔留作長觀孔，時間長了，套管上部絲扣連接處還是容易漏水，造成觀測的水位不真實(shí)，起不到動態(tài)觀測的作用。正是基于此，本文通過對祁東煤礦南部采區(qū)水文地質(zhì)探查工程SQ9孔新生界底部“四含”抽水試驗(yàn)止水方法的研究，提出了一種簡便而有效的止水方法。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)目的要求

為了進(jìn)一步了解祁東煤礦南部采區(qū)水文地質(zhì)特征、完善礦井地下水動態(tài)觀測系統(tǒng)，特在南部采區(qū)布置“四含”長觀孔一個。孔號為SQ9，設(shè)計(jì)孔深430 m，終孔層位為基巖界面，抽水層位為新生界第四含水層。

1.2 地層及水文地質(zhì)概況

祁東煤礦開采的煤田為新生界松散含水層覆蓋下的隱伏煤田，煤系地層屬石炭—二疊系，煤系基底為奧陶系石灰?guī)r。礦井直接充水含水層為煤系頂、底板砂巖裂隙含水層，主要充水水源為新生界底部的第四含水層和奧陶系灰?guī)r含水層。新生界松散層厚88～453 m，從上至下，可劃分為四個含水層(組)和三個隔水層(組)。第一、二、三含水層(組)下方有80～100 m的第三隔水層，隔斷了與“四含”的直接聯(lián)系，井田內(nèi)“四含”厚0～80 m，巖性主要為棕紅色和黃色的中細(xì)砂、粘土質(zhì)砂及灰色和紅色的礫石，砂層主要成分為石英、長石，含少量暗色礦物，礫石主要成分為石英，砂層和礫石厚度為0～59.11 m，平均厚度35～40 m。

本孔松散層厚 415.35 m，第三隔水層厚 92.35 m，“四含”厚度為71 m，砂層和礫石厚度(主要為礫石)為46.45 m。根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，水位標(biāo)高15.83 m，單位涌水量0.21～0.351 L/s·m，滲透系數(shù) 0.50 ～0.75 m/d，富水性中等。

2 研究內(nèi)容

2.1 施工程序

(1)松散層開孔采用φ130 mm無芯鉆頭鉆進(jìn)至三隔底部(360 m)，再用φ110 mm取芯鉆頭取芯至終孔(430 m)，然后進(jìn)行電測井，確定“四含”位置、擴(kuò)孔深度及井壁管、濾水管、沉淀管及止水盤下置深度。

(2)基巖面以下用粘土止水，然后用φ250 mm擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔至三隔一層較厚的粘土層中部(338 m)，再用φ146 mm擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔至基巖界面下(417.48 m)，然后下置套管，在338 m處下置φ220 mm止水盤，然后進(jìn)行水泥固管止水，檢查止水合格和洗井后，進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

(1)松散層“四含”抽水層上部下置 φ127 mm套管120.08 m，下部下置φ108 mm套管至415 m(套管長度294.92 m)，其中338 m以上孔徑為φ250 mm，用φ220 mm止水盤止一、二、三含水，338 m至417.48 m孔徑為φ146 mm。

(2)基巖段417.48 m至430 m孔徑為φ110 mm裸孔，下管前該段投入粘土并搗實(shí)。鉆孔結(jié)構(gòu)見圖1。

2.3 止水方法研究

采用止水盤異徑壓力粘土加注漿法，即在止水盤異徑壓力粘土止水方法上加以改進(jìn)，即在止水盤上部第一根套管底部2 m預(yù)先留有洞眼(洞眼直徑20 mm，共3排，每排2個洞眼之間的距離為200 mm)，止水盤下部第一根套管在地面上預(yù)制2 m水泥柱(選一2 m多的套管豎起來，將攪拌好的水泥砂漿灌入套管且等其凝固好)，然后配好實(shí)管和過濾管，下完套管使止水盤坐實(shí)后，下鉆具至預(yù)留洞眼上(地面套管口用螺絲頭封閉好)對止水盤以上地層進(jìn)行水泥固管止水，侯凝2天后下小鉆頭將止水盤下的預(yù)制水泥柱透開，并用清水沖洗孔，然后起上鉆具進(jìn)行抽水試驗(yàn)(示意圖如圖2)。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

圖2 示意圖

3 結(jié)語

新生界松散層含水層抽水試驗(yàn)采用止水盤異徑壓力粘土加注漿法這種止水方法，比其它止水方法簡便、容易操作，既使止水效果可靠，又節(jié)省了管材材料，而且作為水文長觀孔，又增加了使用壽命，可以說該方法既經(jīng)濟(jì)，又實(shí)用。

［1］許光泉，葛曉光，趙宏海.桃園煤礦“四含”三維數(shù)值模型及疏放性研究［J］.安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(4)::17—23.

［2］孔一繁，汪永茂.安徽省祁東煤礦底礫含水層突水災(zāi)害成因與治理技術(shù)［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2003，14(4):69—70.