界溝煤礦LG11-3孔抽水試驗單位涌水量的換算分析

沈 靜，李滿堆

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

界溝煤礦LG11-3孔抽水試驗單位涌水量的換算分析

沈 靜*，李滿堆

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

在評價地下含水層富水性時，通常會利用通過含水層鉆孔抽水試驗取得的單位涌水量換算（q91）值的大小來評價含水層的富水性，q91即為孔徑為91mm、抽水水位降深10m單位涌水量；通過對界溝煤礦LG11-3孔新生界松散層第四含水層抽水試驗過程詳述及取得參數的應用，利用經驗方程法及作圖法進行了判定，對“四含”單位涌水量進行了換算，通過換算得出q91為0.04592L/（s·m）與0.05375L/（s·m），富水性弱；對整個參數取得過程及換算過程進行了分析，總結了影響q91換算結果的多重因素。

“四含”；單位涌水量換算；最小二乘法；q91

界溝煤礦位于安徽省濉溪縣境內，東北距宿州市約35km，北距淮北市約65km。北以李家斷層為界與五溝煤礦相鄰，南以界溝斷層為界與許疃煤礦接壤；東西兩翼以10煤層露頭線為界，南北走向長4.5km，東西傾向約寬3.5km，面積約16.3381km2，為新生界松散層覆蓋的全隱蔽礦床（安徽省煤田地質局第三勘探隊，2014）。煤層開采在淺部露頭帶受松散層第四含水層（往下簡稱為“四含”）影響，為了掌握“四含”水文地質特征，在LG11-3孔對該含水層進行了抽水試驗工作，通過抽水試驗獲得了單位涌水量及一些相關水文地質參數，利用其對單位涌水量進行了換算，為正確合理評價“四含”富水性提供了理論依據。

1 抽水試驗施工過程：

（1）該孔結構為：0～235m為?168mm孔徑，235～300m為?146mm孔徑。孔內套管情況，?127mm套管235m（孔內深度0～235m處），?108mm過濾管55m（孔內深度235～290.00m處），底部?108mm套管5m（孔內深度290～295m處），詳見圖1。

（2）檢查止水。止水方法：在230～235m做止水段，上下做2個壓盤，間距約2m左右，中間纏海帶，壓盤直徑大于146mm，采用壓盤及海帶進行止水，原理選擇利用三隔良好的粘土層，在235m變徑處用直徑大于146mm壓盤及海帶壓入粘土隔水層進行止水，嚴格檢查止水效果，效果良好。

圖1 鉆孔結構示意圖

（3）洗孔。用清水洗至水清砂凈。

（4）靜止水位觀測,水位埋深108.51m（連續3h不動）。

（5）試孔深，297.65m。

（6）試驗抽水。使正式抽水時能夠選擇合理的降深，試抽涌水量Q=0.78L/s,振動水位H=133.80m。

（7）恢復水位觀測，水位埋深122.51m。

（8）正式抽水。本次q≥0.01L/（s·m），采用3次降深，抽水試驗觀測成果見表1。

（9）恢復水位觀測。觀測時間，開始時觀測時間間隔一般是：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、60、90、120、150、180、210、240min……直至達到穩定，水位埋深109.30m（連續3h水位不變）。

表1 抽水試驗觀測成果表

（10）試孔深，295.47m（孔內沉淀物沒有埋沒底部主要含水層厚度的1/5）（MT/T 1163-2011-2012之6.1）。

2 單位涌水量換算

2.1 計算法判定經驗方程類型及換算

2.1.1 計算法判定經驗方程類型（蔣輝等編，2007）

式中：Si——第i次抽水試驗降深；

Q——抽水試驗涌水量；

S——抽水試驗降深。

具體計算見表2。

表2 計算法判定成果表

通過表2可以看出，n＞2屬對數型，對應對數曲線方程式為Q=a+b·lgS,其中b為待定系數，N為抽水試驗降深次數。

2.1.2 換算

步驟1：根據判定結果，利用最小二乘法（見表3）計算a、b值，其中：

表3 最小二乘法Q-S計算成果表

計算a值為-0.246359，b值為0.7175013，代入公式計算出降深為10m時的Q值為0.47L/s。

步驟二：利用公式（薛禹群，1997）計算出降深S為10m時的影響半徑R，其中S為降深為10m；K為滲透系數，單位為m/d；M為含水層厚度31.5m；r為抽水試驗段過濾管半徑0.054m；計算R值為36.61m。

步驟三：利用公式（國家安全生產監督管理總局令第28號-2009之附錄二），式中Q91、R91、r91為孔徑91mm的鉆孔涌水量、影響半徑和鉆孔半徑；Q孔、R孔、r孔為孔徑r的鉆孔涌水量、影響半徑和鉆孔半徑。計算出Q=0.4592L/s，單位涌水量q91= Q/10=0.04592L/（s·m）。

2.2 作圖法判定經驗方程類型及換算

2.2.1 作圖法判定

利用抽水試驗參數，計算S0、lgS和lgQ，見表4。

表4 作圖法數據計算表

通過表4利用Excel做出Q-S關系曲線（孫尚云等，2013）及其線性相關方程、相關系數見圖2、圖3、圖4。

由圖2、圖3圖、4曲線直觀地可判定為對數型及拋物線型，但通過相關系數比較，拋物線型曲線類型相關性更好。

圖2 拋物線型關系曲線

圖3 冪函數型關系曲線

圖4 對數型關系曲線

2.2.2 利用圖解法成果換算

由圖4可得知，拋物線作圖法得知待定系數b=67.17,a=-17.50，最小二乘法計算得b=67.17,a=-17.50，與作圖法一致。利用拋物線公式S0=a+bQ計算出10m降深Q= 0.5375L/s。同上述步驟二、三計算出q91=0.05375L/（s·m）。

3 計算成果分析

通過2種不同的判定方式，得出2種不同的曲線類型——對數型與拋物線型，作圖法與最小二乘法確定的待定系數結果一致，通過其相關方程換算出q91分別為0.04592L/（s·m）與0.05375L/（s·m），兩者種判定方式獲得了不同的值，但相差不大，究其原因，可能是因為抽水試驗數據來源受降深、觀測誤差、施工技術等多重因素影響，不同判定方式，在數值應用中也會造成一定的偏差，但評價結論一致為含水層富水性弱。

4 結束語

界溝煤礦LG11-3孔抽水試驗施工方法合理，取得的成果可靠，利用該次抽水試驗取得的水文地質參數對單位涌水量進行了合理換算，換算得出“四含”富水性弱。為該煤礦“四含”下合理及安全開采提供了可靠的理論依據。通過該次換算過程分析，得出總結如下：

（1）抽水試驗施工流程及每一個參數通過施工如何獲取。

（2）單位涌水量的換算中判定其類型方法有經驗方程法及作圖法。

（3）分析了不同的判定方法，產生不同換算值的影響因素。

（4）提出了待定系數a、b值的2種求解方法最小二乘法及圖解法。

（5）在作圖法中通過相關系數的比較，更加準確的確定換算曲線類型。

（6）通過換算單位涌水量數據比較，拋物線型換算結果比對數型換算結果稍大一些，但一般不會對富水性類型評價產生較大影響。

[1]中國地質調查局.水文地質手冊[M].北京：地質出版社，2012.

[2]薛禹群.地下水動力學[M].北京：地質出版社，1997.

[3]蔣輝，等.專門水文地質學[M].北京：地質出版社，2007.

[4]孫尚云，王大設，等.基于Excel的鉆孔單位涌水量換算[J].安徽理工大學學報：自然科學版，2013，33（3）.

[5]薛建坤，許進鵬.鉆孔單位涌水量換算的探討[J].煤炭技術，2011，30（8）.

[6]國家安全生產監督管理總局令第28號.煤礦防治水規定[S].北京：煤炭工業出版社，2009.

[7]MT/T 1163-2011煤礦床水文地質勘查工程評價標準[S].北京：煤炭工業出版社，2012.

[8]安徽煤田地質局第三勘探隊.安徽省淮北煤田臨渙礦區界溝煤礦礦井地質報告[R].2014.

P641.4

A

1004-5716(2016)12-0116-03

2016-02-26

2016-03-01

沈靜（1977-），女（漢族），安徽宿州人，助理工程師，現從事煤炭地質報告編制工作。