某礦山深部承壓含水層水文地質參數的計算

張心山

(中國黃金集團中原礦業有限公司，河南 三門峽市 472200)

水文地質參數是礦山開展礦山防治水工作的基礎依據，礦山一般通過大型抽水試驗或關(放)水試驗獲得基礎觀測數據，然后依據地下水動力學井流理論進行計算。由于抽水試驗觀測數據較多，且地質體比較復雜，故傳統人工非穩定流配線法和直線圖解法耗時較多，有時結果差異很大。隨著計算機技術的發展現礦山含水層水文地質參數計算多采用加拿大的Aquifertest軟件，該軟件可以采用多種方法計算，相互驗證，提高計算的時效和精度[1-3]。

1 深部承壓含水層特征

深部承壓含水層在垂向上受龍潭組(P2l)相對隔水層的影響，其水位、水溫和水化學類型均與淺部巖溶—裂隙含水層及地表水差異明顯，說明其與淺部巖溶—裂隙含水層聯系微弱，屬于相對封閉的深部巖溶承壓含水層；平面上深部承壓含水層在區域范圍內延伸廣泛，地下水儲量巨大。根據礦區水文地質資料，該含水層距頂板330 m左右的厚度范圍內巖溶較為發育，向下巖溶發育程度顯著降低，確定礦區范圍內茅口灰巖含水層的厚度為330 m。

2 抽水試驗

本次利用長田一號探礦井針對深部承壓含水層開展大型非穩定流抽水試驗，歷時5 d，平均抽水量278.5 m3/h，試驗中通過ZK27140，ZK22340，ZK23940，ZK6324，ZK5532水文觀測孔觀測深部承壓水水位，其中水位降深最大的是ZK23940觀測孔，其水位下降了 6.28 m；水位降深最小的是ZK5532觀測孔，其水位下降了 0.95 m，各深部承壓水位觀測孔與抽水孔之間距離及最終降深如表1所示。

表1 各觀測孔距抽水孔距離及最終降深

3 非穩定流抽水試驗參數求解

針對長田一號探礦井大型非穩定流抽水試驗，為提高計算準確性及其精度，分別利用Aquifertest軟件中的泰斯標準曲線配比法和Cooper-Jacob直線圖解法計算深部承壓含水層的水文地質參數[4-5]。

3.1 泰斯標準曲線配比法

根據泰斯標準曲線配比法原理，對ZK22340、ZK27140、ZK5532、ZK23940和ZK6324共5個深部承壓含水層水文觀測孔在抽水試驗中的觀測數據進行曲線擬合，擬合結果如圖1所示，整體擬合較好。通過軟件計算平均滲透系數K=0.572 m/d，平均彈性給水度μ*=1.28×10-3，具體參數如表2所示。

圖1 各觀測孔觀測數據標準曲線對比法擬合曲線

表2 泰斯標準曲線配比法計算結果

3.2 Cooper-Jacob直線圖解法

當u≤0.05時，泰斯公式簡化為Cooper-Jacob公式。通過Aquifertest軟件基于Cooper-Jacob時間—降深直線法原理，對ZK22340、ZK27140、ZK5532、ZK23940和ZK6324共5個深部承壓含水層水文觀測孔在抽水試驗中的觀測數據進行曲線擬合，部分鉆孔擬合結果如圖2所示，通過軟件計算平均滲透系數K=0.621 m/d，平均彈性給水度μ*=1.381×10-3，計算的含水層具體參數如表3所示。

圖2 部分鉆孔擬合曲線

3.3 計算結果對比分析

利用Aquifer Test軟件中的Theis和Cooper—Jacob理論分析法求解礦區深部承壓含水層的水文地質參數，各孔的水文地質參數有一定的差異，說明含水層具有明顯的各向異性；Cooper—Jacob理論分析法為簡化的Theis計算法，因此計算結果有一定的差異，根據表2和表3兩種方法計算的單孔滲透性最大差值為0.096(ZK27140)，最小差值為0.004(ZK27140)，符合要求。同樣其計算的彈性給水度誤差也基本可控，說明計算結果比較可靠。從圖1和圖2對比可以看出，Theis標準曲線法的擬合效果相對于Cooper—Jacob理論分析法的擬合效果更好，因此其更能反映含水層的真實情況，因此選擇Theis標準曲線法的計算結果作為本次抽水試驗計算的含水層水文地質參數，即深部承壓含水層的滲透系數K=0.572 m/d，彈性給水度μ*= 1.28×10-3。

表3 Cooper-Jacob直線圖解法計算結果

4 結 語

本次抽水試驗表明，利用Aquifertest軟件可以方便、快捷地計算含水層的水文地質參數，并且該軟件包含多種計算方法，計算結果可以相互校驗，并可以結合擬合結果科學合理地選取含水層水文地質參數。