煤炭水文地质勘查如何减少抽水试验结果误差

李卫

【摘 要】 抽水试验是煤炭水文地质勘查中的一种重要手段，主要目的是为了了解所抽水层段的水文地质参数。但由于各种因素，目前煤炭水文地质勘查中，通过抽水试验所得出的结果往往与实际参数有一定误差。本文就如何预防和减小抽水试验中产生的误差提出一些建议，为煤炭水文地质勘查抽水试验工作提供一些参考。

【关键词】煤炭水文地质勘查；抽水试验；动水位；降深

导言

目前在煤炭水文地质勘查中，由于受环境、场地、经费等因素影响，所采取的抽水试验大多数为单孔抽水试验，所取得的资料仅为单孔的涌水量和水位资料。因此，在煤炭地质勘查中，抽水试验的主要目的就是为了了解所抽水层段的水文地质参数。但是，往往在实际的抽水过程中，所得出的参数误差相对较大。如何使抽水试验所得参数计算的结果更近于实际参数，是水文地质工作者面临的一个问题。

一、钻孔的选择

想要使单孔抽水试验的成果更接近于整个勘查区的水文地质条件，选择抽水试验的钻孔是关键。选择作抽水试验的钻孔孔深不能太深，如果太深了，抽水的设备就难以达到要求，影响试验数据； 然后是钻孔所在位置，抽水试验钻孔尽量不要布置在山上和太靠近河流、水库、断层的位置，这些地段进行抽水试验，所得数据并不具备代表性，应尽量选择在接近整个勘查区最低侵蚀基准面且地势相对较缓的位置，这样抽水试验使钻孔水位降低时，影响半径可以覆盖更广的面积，地下水流态特征更接近煤矿床排水时的地下水特征。

二、设计审查质量控制

（一）审查水文孔抽水试验设计

对57 个水文孔抽水试验设计和四组群孔抽水试验方案全部进行了认真审查。经审查设计和方案中存在错项和漏项，对发现的问题立即指出，施工方及时对设计和方案中错误及不足进行了纠正和补充完善，确保了设计的准确性和完整性。

（二） 审查下管设计

审查了57 个水文孔106 个抽水层段下管设计，特别是对志丹群抽水层段排管设计进行了严格审查。发现志丹群抽水层段排管设计欠合理并存在花管偏少问题，主要原因是地质编录与测井解释岩性有矛盾及施工单位准备的花管偏少。监理及时纠正了排管设计欠合理及花管偏少的问题。

三、尽量选择完整井进行抽水试验

煤炭水文地质勘查抽水试验对含煤地层进行抽水时，应尽量选择完整井。由于煤炭地质勘探抽水试验主要目的是为了了解含煤地层的水文地质参数，为预测矿井涌水量和矿坑疏干排水方案提供依据。因此，选择一完整含煤地层进行抽水试验得出的结果是最能代表勘查区含煤地层的水文地质参数的。而非完整井由于井内的含煤地层不全，所取得的参数只能代表局部含煤地层的水文地质特征。因此，在条件允许的情况下，应尽量采用完整井进行抽水试验。

四、抽水试验钻孔的孔径应满足要求

钻孔孔径越大，抽水试验所得数据越具代表性。但在实际生產中，由于受各种因素影响，抽水试验钻孔的孔径一般不会太大，这对抽水试验所取得的参数会有一定的影响。抽水试验规程里规定，抽水试验钻孔最低孔径不能低于110mm，但在施工条件相对复杂的地区，单孔抽水钻孔最低孔径可以放低到91mm，低于这个孔径的抽水试验成果，本人建议只能是作为参考使用。

五、抽水试验钻孔止水必须满足要求

抽水试验钻孔在对含煤地层进行抽水试验时，必须对上覆和下伏地层进行有效止水。由于钻孔揭穿的地层往往不止含煤地层，还包括上覆和下伏的岩层，这些岩层的水文地质条件和含煤地层的水文地质条件差别较大，有些属强含水层，有些则属弱含水层，性质不一。因此，作抽水试验必须将此类含水层在抽水孔内将其隔开，尤其是强含水层，如果止水效果差，强含水层中的地下水则会通过钻孔孔壁缝隙通道进入含煤地层，作抽水试验时，所抽水的流量就比正常的含煤地层的地下水涌水量大，影响数据结果的准确性。

六、抽水试验时含煤地层须有滤管隔离

由于含煤地层岩性组合较多，有岩体相对完整的细砂岩、泥质灰岩等，也有岩体完整性差的泥岩、粉砂质泥岩、煤层等，抽水过程中当地下水被抽水设备抽出后，受风化作用及地下水重力失衡影响，容易造成孔壁岩体及煤层垮塌、崩解或膨胀，阻碍抽水时地下水径流通道，对抽水试验结果产生影响。

七、选择适合的抽水试验设备

抽水试验设备有很多种，例如提桶、汲入式水泵、拉杆式水泵、往复式水泵、射流式水泵、深井泵、空气压缩机等。这些设备都具有各自的优缺点，但在煤炭水文地质勘查抽水试验中，采用得最多且所得数据误差相对较小的就是深井泵，深井泵可在深水位地区作大降深、长时间的抽水，出水均匀，资料可靠，且节省人力。因此，本人建议煤炭水文地质勘查抽水试验宜采用深井泵进行抽水。

八、通过试抽确定降深的合理性

正式抽水试验前，需作一次试抽水，时间不能少于8 小时，以便了解设备能力及孔内单位涌水量的情况，并确定抽水试验的降深。确定合理的降深，除了使试验不超过设备的抽水能力，还能使后期抽水过程中绘制的Q = f（ S） 、q = f（ S） 曲线更趋合理，减少错误。

九、严格按照抽水试验规程进行水位和流量观测

抽水试验过程中，必须严格按照抽水试验规程对水位和流量进行观测，以保证数据的准确。抽水前及抽水过程中，应经常校正水位测绳的深度记号，若发现误差应及时修正。在抽水过程中遇有大雨，并对水位、流量观测产生影响时，应暂停抽水，恢复抽水过程也须按抽水试验规程要求进行。

十、通过现场资料整理发现错误

在抽水过程中，必须随时绘制Q = f（ S） 、q = f（ S）曲线，以便及时发现和纠正抽水发生的错误。见下图，图中曲线： Ⅰ—承压水； Ⅱ—潜水或承压水受管壁（ 包括过滤器） 阻力和三维流、紊流的影响； Ⅲ—水源不足或过水断面在抽水过程中受到阻塞； Ⅳ—当吸水笼头放置在过滤器进水部位以上时，表明抽水试验有错误，应重作试验； Ⅴ—表明某一降深以下S 增大，而Q 不变，多属降深过大所造成。

十一、室内资料整理时选用合理的公式

1.由于抽水时过滤管壁的摩阻和水力坡度的增加，产生井孔内三维流和紊流，出现Q—S 关系曲线上的Ⅱ、Ⅳ型时，需对降深S 值加以修正后，再作参数计算。否则，计算出的渗透系数K 偏小。修正值S' = S °” βQ2

式中： Si - 第i 次抽水时孔内水位下降值（ m）Si + 1 - 第i + 1 次抽水时孔内水位下降值（ m）Qi—第i 次抽水时的流量（ L /s）Q i + 1—第i + 1 次抽水时的流量（ L /s）当曲线为Ⅱ型时，公式中的修正值为- βQ2 ； 当曲线为Ⅳ型时，修正值为+ βQ2。

2. 地下水流的状态。首先要区别潜水和承压水，其次要判定是层流还是紊流运动。计算时应注意： 当承压水头高出含水层顶板小于2m，或上覆隔水层是弱透水层，而抽水降深很大时，一般都按潜水或有压转无压公式计算。

十二、结束语

煤炭水文地质勘查抽水试验中，钻孔的选择、抽水试验的各个环节、资料的整理等都将影响抽水试验所得出的最终结果。因此，作为水文地质工作者，必须以严谨认真的态度对待每次抽水试验，使抽水试验最终得出的结果趋于原始性，为评价勘查区水文地质条件提供最直接的依据。

参考文献：

[1]水文地质手册[M]. 地质出版社.

[2]煤炭资源地质勘探抽水试验规程[S]. 中华人民共和国煤炭工业部.

[3]国家安全生产监督管理总局. MT/T1091 - 2017（1）：87.endprint