淺析抽水試驗參數計算及含水層富水性特征

王新建 徐亞飛

摘 要：利用抽水試驗方法查明水文地質特征及含水層參數是水文勘察的重要手段，文章利用鉆孔抽水試驗數據，采用穩定流公式法、作圖法、解析法，較為準確地計算推覆體灰巖地下水的水文地質參數，并對參數的選擇合理性進行了檢驗，最后根據資料分析其富水性特征，為煤礦安全開采提供依據。

關鍵詞：抽水試驗；參數計算；富水性；推覆體灰巖

皖北礦區水文地質條件復雜，水害威脅較為嚴重，發生多起突水事件，給礦井帶來慘重的危害，利用地面鉆孔施工合理的評價含水層的富水性特征，解放受水威脅煤炭儲量，實現礦井安全生產，延長其服務年限具有重大的現實指導意義。文章以錢營孜煤礦東翼推覆體灰巖勘探工程為例，綜合研究鉆探施工中水文觀測和抽水試驗數據，淺析抽水試驗參數及含水層富水性特征。

1 研究區概況

錢營孜煤礦東一采區位于煤礦東南部，東部邊界發育DF200斷層，最大落差達500m，是東翼推覆體灰巖形成的直接成因。本研究區推覆體灰巖之上被厚51.65～90.30m的第四系所覆蓋，局部第四系底含為粘土夾砂礫，形成“天窗”；頂部灰巖風化強烈，裂隙發育，造成灰巖水和第四系底部砂層含水層有著密切的水力聯系，對下部3煤層開采造成威脅。為解決推覆體灰巖構造的結構及空間分布、水文地質特征、與第四系松散層的連通性等問題，在推覆體傾向和走向上，鉆探施工鉆孔5個，對推覆體灰巖進行抽水試驗。其工程布置圖見圖1。

2 抽水試驗

2.1 穩定流抽水試驗

穩定流抽水試驗滲透系數和影響半徑計算選用公式，水文地質參數見表1：

2.2 非穩定流抽水試驗

單孔抽水試驗完成后并同步觀測恢復水位48h，以T1孔為主孔，其他孔觀測孔，進行地面群孔非穩定流抽水試驗， Q-S-T圖見圖2，參數計算方法采用lgs～lgt、s～lgt和s～lgr直線圖解法及水位恢復法，現分述如下：

2.2.1 降深-時間（lgs～lgt）配線法

用同一觀測孔不同時間的時間降深資料，作s～t雙對數關系曲線與模數相同的泰斯曲線W（u）～1/u配合，取得配合點，求出T和μ，按下式計算：

式中：[W（u）]、 [1/u]、 [s]、 [t]為配合點座標。

2.2.2 降深-距離（s～lgr）圖解法

（1）計算導水系數（T）和儲水系數（μ）

采用同一方向上，不同觀測孔同一時間的水位降深值，作s～lgr關系曲線，取其后期直線段斜率，按下式計算：

（2）計算影響半徑（R）和水躍值（△h）

利用抽水結束時同一方向各觀測孔水位降深，作s～lgr關系直線圖，直線在橫軸上的截距R，即為抽水影響半徑，直線在主孔中心線上截距Sn為抽水時主孔實際降深，水躍值按下式計算：

式中：Sn-圖解主孔降深（m）；Sw-抽水實測主孔降深（m）

2.2.3 降深-時間（s～lgt）圖解法

根據同一觀測孔不同時間的降深資料在單對數坐標紙上作s～lgt關系曲線（見圖3），取其后期直線段斜率和直線段在時間軸上截距to，用下式計算：

2.2.4 水位恢復法

選用抽水主孔和距主孔較近的觀測孔水位恢復資料，用抽水結束后鉆孔中的剩余降深（S′）抽水延續時間（tp）及水位恢復時間（t′）資料在單對數紙上作S′～lg（1+tp/t'）關系曲線，取其后期直線段斜率i，按下式計算：

2.3 水文地質參數選擇

2.3.1 涌水量（Q）、單位涌水量（q）、含水層厚度（M）

群孔抽水時T1孔鉆孔涌水量Q=26.172m3/h，單位涌水量q=0.468L/（m.s），T1孔含水層厚度（M=54.93m），作為水量計算和資源評價的依據，由于觀測孔T4、T5水位變化極小，利用附近T2、T3孔資料計算，具體曲線所求參數見表2。

2.3.2 影響半徑（R）

影響半徑采用圖解值1190m，計算時采用值為1190m，

2.3.3 導水系數（T）、貯水系數（μ）、滲透系數（K）

導水系數采用計算的平均值：T=230.250m2/d，貯水系數采用值為μ（=4.935×10-3，滲透系數采用值K=4.192m/d，具體參數選擇見表3。

2.3.4 參數檢驗

根據所選擇的參數，按公式：

對鉆孔水位降深進行檢驗（t取3300min），從表4可以看出觀測孔誤差都小于10%。證明所選擇參數較準確可靠，可以作為含水層富水性、涌水量判斷依據。

3 含水層富水性特征

3.1 巖溶裂隙發育特征

推覆體灰巖隨DF200斷層變化，由西向東逐漸增厚，從第四系風化帶隨斷層傾向逐步向深部延伸，巖性主要為為灰色、灰白色灰巖灰巖，局部呈褐鐵色，水蝕嚴重，厚度約198.65m～334m，頂部小溶洞較發育，孔徑3～6mm；受推覆構造的作用，不規則裂隙發育多被方解石充填，裂隙寬1～7mm；底部在斷層破碎帶接觸處巖芯破碎；鉆探施工過程中灰巖段全漏水，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，證明灰巖巖溶較發育，富水性強，連通性較好，是良好的地下水儲存和運移通道。

3.2 富水性特征

鉆探施工中推覆體灰巖頂部風化及底部構造破碎帶漏水大，說明該位置富水性相對較強；穩定流抽水試驗參數q=0.4345～1.37l/s.m，k=0.8927～1.1m/d，含水層富水性中等～強，富水性不均一；群孔非穩定流抽水試驗，地下水徑流方向從西南到北東，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，該含水層富水性強。

4 結束語

通過單孔穩定流和群孔非穩定流抽水試驗比較，發現群孔非穩定參數更具有現實意義，可以提高了含水層的水文地質參數的準確性和可靠性；通過對推覆體灰巖含水層水文地質參數的分析判斷，說明該含水層具富水性強、導水性好的特性，可以作為安全開采推覆體灰巖下3煤的重要理論依據。

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作者簡介：王新建（1981，1-），男，安徽東至人，地質工程師，主要從事水文地質、工程地質、煤田地質方面的研究工作。