浅析抽水试验参数计算及含水层富水性特征

王新建 徐亚飞

摘 要：利用抽水试验方法查明水文地质特征及含水层参数是水文勘察的重要手段，文章利用钻孔抽水试验数据，采用稳定流公式法、作图法、解析法，较为准确地计算推覆体灰岩地下水的水文地质参数，并对参数的选择合理性进行了检验，最后根据资料分析其富水性特征，为煤矿安全开采提供依据。

关键词：抽水试验；参数计算；富水性；推覆体灰岩

皖北矿区水文地质条件复杂，水害威胁较为严重，发生多起突水事件，给矿井带来惨重的危害，利用地面钻孔施工合理的评价含水层的富水性特征，解放受水威胁煤炭储量，实现矿井安全生产，延长其服务年限具有重大的现实指导意义。文章以钱营孜煤矿东翼推覆体灰岩勘探工程为例，综合研究钻探施工中水文观测和抽水试验数据，浅析抽水试验参数及含水层富水性特征。

1 研究区概况

钱营孜煤矿东一采区位于煤矿东南部，东部边界发育DF200断层，最大落差达500m，是东翼推覆体灰岩形成的直接成因。本研究区推覆体灰岩之上被厚51.65～90.30m的第四系所覆盖，局部第四系底含为粘土夹砂砾，形成“天窗”；顶部灰岩风化强烈，裂隙发育，造成灰岩水和第四系底部砂层含水层有着密切的水力联系，对下部3煤层开采造成威胁。为解决推覆体灰岩构造的结构及空间分布、水文地质特征、与第四系松散层的连通性等问题，在推覆体倾向和走向上，钻探施工钻孔5个，对推覆体灰岩进行抽水试验。其工程布置图见图1。

2 抽水试验

2.1 稳定流抽水试验

稳定流抽水试验渗透系数和影响半径计算选用公式，水文地质参数见表1：

2.2 非稳定流抽水试验

单孔抽水试验完成后并同步观测恢复水位48h，以T1孔为主孔，其他孔观测孔，进行地面群孔非稳定流抽水试验， Q-S-T图见图2，参数计算方法采用lgs～lgt、s～lgt和s～lgr直线图解法及水位恢复法，现分述如下：

2.2.1 降深-时间（lgs～lgt）配线法

用同一观测孔不同时间的时间降深资料，作s～t双对数关系曲线与模数相同的泰斯曲线W（u）～1/u配合，取得配合点，求出T和μ，按下式计算：

式中：[W（u）]、 [1/u]、 [s]、 [t]为配合点座标。

2.2.2 降深-距离（s～lgr）图解法

（1）计算导水系数（T）和储水系数（μ）

采用同一方向上，不同观测孔同一时间的水位降深值，作s～lgr关系曲线，取其后期直线段斜率，按下式计算：

（2）计算影响半径（R）和水跃值（△h）

利用抽水结束时同一方向各观测孔水位降深，作s～lgr关系直线图，直线在横轴上的截距R，即为抽水影响半径，直线在主孔中心线上截距Sn为抽水时主孔实际降深，水跃值按下式计算：

式中：Sn-图解主孔降深（m）；Sw-抽水实测主孔降深（m）

2.2.3 降深-时间（s～lgt）图解法

根据同一观测孔不同时间的降深资料在单对数坐标纸上作s～lgt关系曲线（见图3），取其后期直线段斜率和直线段在时间轴上截距to，用下式计算：

2.2.4 水位恢复法

选用抽水主孔和距主孔较近的观测孔水位恢复资料，用抽水结束后钻孔中的剩余降深（S′）抽水延续时间（tp）及水位恢复时间（t′）资料在单对数纸上作S′～lg（1+tp/t'）关系曲线，取其后期直线段斜率i，按下式计算：

2.3 水文地质参数选择

2.3.1 涌水量（Q）、单位涌水量（q）、含水层厚度（M）

群孔抽水时T1孔钻孔涌水量Q=26.172m3/h，单位涌水量q=0.468L/（m.s），T1孔含水层厚度（M=54.93m），作为水量计算和资源评价的依据，由于观测孔T4、T5水位变化极小，利用附近T2、T3孔资料计算，具体曲线所求参数见表2。

2.3.2 影响半径（R）

影响半径采用图解值1190m，计算时采用值为1190m，

2.3.3 导水系数（T）、贮水系数（μ）、渗透系数（K）

导水系数采用计算的平均值：T=230.250m2/d，贮水系数采用值为μ（=4.935×10-3，渗透系数采用值K=4.192m/d，具体参数选择见表3。

2.3.4 参数检验

根据所选择的参数，按公式：

对钻孔水位降深进行检验（t取3300min），从表4可以看出观测孔误差都小于10%。证明所选择参数较准确可靠，可以作为含水层富水性、涌水量判断依据。

3 含水层富水性特征

3.1 岩溶裂隙发育特征

推覆体灰岩随DF200断层变化，由西向东逐渐增厚，从第四系风化带随断层倾向逐步向深部延伸，岩性主要为为灰色、灰白色灰岩灰岩，局部呈褐铁色，水蚀严重，厚度约198.65m～334m，顶部小溶洞较发育，孔径3～6mm；受推覆构造的作用，不规则裂隙发育多被方解石充填，裂隙宽1～7mm；底部在断层破碎带接触处岩芯破碎；钻探施工过程中灰岩段全漏水，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，证明灰岩岩溶较发育，富水性强，连通性较好，是良好的地下水储存和运移通道。

3.2 富水性特征

钻探施工中推覆体灰岩顶部风化及底部构造破碎带漏水大，说明该位置富水性相对较强；稳定流抽水试验参数q=0.4345～1.37l/s.m，k=0.8927～1.1m/d，含水层富水性中等～强，富水性不均一；群孔非稳定流抽水试验，地下水径流方向从西南到北东，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，该含水层富水性强。

4 结束语

通过单孔稳定流和群孔非稳定流抽水试验比较，发现群孔非稳定参数更具有现实意义，可以提高了含水层的水文地质参数的准确性和可靠性；通过对推覆体灰岩含水层水文地质参数的分析判断，说明该含水层具富水性强、导水性好的特性，可以作为安全开采推覆体灰岩下3煤的重要理论依据。

参考文献

[1]史文仪.非稳定多孔抽水试验参数计算分析[J].上海地质，1983.01：14-26.

[2]孙丰英，许光泉，赵宏海，等.稳定井流抽水含水层参数计算及富水性评价[J].人民黄河，2009.08：43-45.

[3]蒋辉.基于AquiferTest的抽水试验参数计算方法分析[J].水文地质工程地质，2011.02：35-38.

[4]刘振宇.利用群孔抽水试验水位恢复资料计算水文地质参数的新方法[J].内蒙古煤炭经济，2002.02：80-82.

[5]杜绍敏，姜英俊，王国春.抽水试验中的参数计算问题[J].黑龙江水专学报，1994.04：9-15.

[6]石中平.单孔稳定抽水试验水位恢复资料确定含水层参数[J].西安工程学院学报，2000（02）.

[7]李文东，张新霞，唐德才，等.滕县煤田滕北矿区奥灰富水性研究[J].江苏煤炭，2003.03：13-14.

[8]刘文斌，王浩霖.新郑矿区灰岩岩溶发育规律及富水性分析[J].能源技术与管理，2013.02：78-80.

[9]王增银.岩层“富水性”及评价方法探讨[J].地质科技情报，1987.03：42-44.

[10]赵本肖，常明华.邯峰矿区岩溶含水层特征及富水性分区[J].中国煤田地质，2007.05：41-43.

作者简介：王新建（1981，1-），男，安徽东至人，地质工程师，主要从事水文地质、工程地质、煤田地质方面的研究工作。