水文地质勘探分层抽水试验孔钻井工艺研究

李生清 宋金宸 谢飞

1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队 山东济南 250014；2.山东省地矿工程勘察院 山东济南 250014

在当前经济社会发展的过程中，对于地下空间和相应资源的利用率不断提升，对于地下探测的工作也越发频繁，为了使地下空间得到更大程度的利用和充分的开发，就应该对水文地质勘探技术进行深入的探讨和分析等。在水文地质勘探的过程中，分层抽水试验的工作是十分必要的，也是一种十分常用的地质勘探的方法和技术手段，其优势在于在孔内获得了不同深度的水文特征，也就在钻探方面节约了大量的成本和费用等。因此，在地下资源的开发和利用的过程中进行水文地质勘探的分层抽水试验的工作是十分必要的，需要从多方面进行有效的分析和控制等，保证地下资源的高效开发与利用。

1 地下水文地质勘探难点

技术落后影响地质的正确测量是我国地下水文勘探的难点。由于技术人员原因，造成勘测报告中存在许多不合理的因素，同时缺乏正确的管理和培训机制，具体表现为忽视水文地质的勘探对工程建设的影响，使水文地质调查范围不断缩小。随着地下工程建设的发展，有关人员资格的认定也不完善，井下施工具有工期短、施工复杂等特点，降低了对勘测质量的要求，导致后期出现的问题较多。水文学勘探中缺乏必要的测试、布孔、取样等具体工作，地下水具有特殊性，层位不准确，导致工程建设中缺乏数据支持，对工程建设的顺利进行有较大影响。

2 水文地质勘探现状分析

随着城市建设的速度不断提高，城市资源利用的工作也得到了重视，在多方面的建设过程中经常出现资源短缺的现象。尤其是土地资源，其在城市资源的利用过程中是十分必要的，当前的土地利用水平比较高，也就在此背景下逐步进行地下空间的探索和开发的工作，使得当前的工作有效性不断增加。地下车库、商场、交通枢纽的建设工作过程中，对于地下空间和资源进行了高效的利用。当前地下水对于地下空间的应用有着直接的影响和作用，在地下水的测量和水文地质环境的分析过程中发挥了关键的作用，也就使得地下水测量工作提出了更高的要求。从当前的发展阶段中进行分析，我国水文地质勘察仍存在一系列问题,简单归纳如下。

2.1 勘探制度不健全

现阶段,我国的水文地质勘探工作还存在着许多问题,主要问题是勘探制度不完善。也正因为找矿制度的缺陷,使得当前的地质勘察工作技术手段依然不够先进，勘察工作报告中出现不规范的现象，勘察人员的专业素质有待提高。

2.2 职责不明

当前，水文地质勘察过程中独立性非常高，与工程施工方法和施工设计等工作的联系并不密切。近年来，施工的精度和施工的内容要求不断提升，因此,地质勘探工作的范围和内容不断提高,部分勘察人员职责不明导致数据准确性低，严重影响了工程建设的顺利推进。

2.3 勘探方法不合理

一些水文地质勘探单位在高速发展的时期,由于过分追求工程进度而忽视了勘察质量。在实际的勘探和分析的过程中，勘察工作没有进行深入的实验分析、补孔和取样等工作，操作过程不规范，对分层布孔的工作和效果等产生了严重的影响。在实际的分层布孔的工作过程中没有确定好合理的位置，地质类型的选择是不规范的，导致在地基、护臂等施工的过程中没有进行全方位的分析，因此在实际的工作过程中需要提升对水文地质勘察工作的应用，应结合实际情况做好优化与改进的工作。

2.4 我国没有完善的探矿权鉴定制度

我国的水文地质勘察的技术和工作起步都是比较晚的，并且对于水文地质勘查人员的资质认证等工作并没有形成完善的体系，因此出现了一系列的问题。许多水文地址工作者对于水文地质的基础知识和专业技术等并不了解，也没有针对技术和工作规范的完整培训机制。因此，在当前的水文地质的勘察与分析过程中，缺乏有效和精准的水文地质勘察成果。

2.5 我国水文地质勘探缺乏规范化

在大量的水文地质勘探工作中,勘探人员进行水文地质勘探时没有按有关规范操作,为观测过程带来了一定的影响，导致勘察结果的不准确性，一旦在施工过程中出现了特殊情况等，就会对于整体的进度和结果等产生不利的影响。因此，水文地质结果的准确性十分关键，否则建筑物的使用安全和寿命将不能得到有效保证。

3 水工井筒分层抽水试验应注意的问题

3.1 防渗措施的改善

在抽水试验中，止水作业是影响试验效果的关键因素。在进行分层抽水实验前，必须对其进行严格的控制和分析，其中以海藻为主要的隔水性材料，其性能具有安全性和环境友好性，要想持久地使用，就得选用纯土，并将其制成防水材料。在施工材料上进行深入分析和应用，从而使得防渗效果大大提升，保证后续施工的有效性，为整体工作能力提升做出贡献。

3.2 加强水文地质调查人员技能培训

为了保证勘探结果的有效性，必须在技术上进行创新、优化，引进先进的装备，同时，要加大对员工的培训，提高他们的技术水平，加强职工技术素质和技术意识的能力提高，有效地提升勘探技术。只有确保技术力量和设备的水平，才能保障水文地质勘查技术的质量，促进项目的顺利实施。

3.3 强化监管与管理

为了保障水文地质勘查工作的顺利进行，必须成立一家监管机构，对其进行全方位的监测，切实掌握水文地质勘查工作的质量，提高实效性。同时，还要对勘探报告中的信息进行科学、高效的分析，确保现有数据的科学性和精确度，对发现的问题及时处理和分析，提高勘测工作的质量。

4 分层抽水试验在勘探中的实际应用

4.1 分层抽水试验设备

这一勘探区域为某区的一斜向盆地，属矿区资源类型。该工程主要针对地下含水层、砂岩含水层进行勘探，勘探了砂岩含水层，设计抽水试验井深326m。层状抽水技术的目的是在测井过程中有效地将其分层,利用不同层次的地下水进行勘探，得到独立的勘探资料。采用层次化抽水试验装置，通过分层测试，可有效地检测地下水质。在开始试验之前，要做好准备，层状抽水涉及管外、管内，需要时止水。管道止水采用临时止水的方法，安装止水件(橡胶圈、托盘)，保证了分层排水的顺利进行。

在测试之前对设备进行调试，确保设备性能良好，数量齐全。为了保证检测结果的正确性，分层抽水试验应严格按照步骤进行，并对操作步骤进行有效控制。在钻井过程中，要根据勘探地质的实际需求，选择合适的钻孔位置，兼顾抽水因素，保证工程的顺利进行。

4.2 分层抽水试验的准备与实施

分层抽水准备工作主要是止水和管外止水。管内止水是在隔水管底端设置止水托盘，用止水橡胶圈安装在托盘上来止水，该设计有利于分层抽水试验的顺利进行。管外止水是主要的止水方法，主要用于控制井管周围水的流失，止水剂类似于管内止水。对泵送性能试验设备及其他设备进行检验，保证其完整性，再选用空气压缩机等设备作为水文地质测量泵，分层抽水试验主要分为两部分，施工人员应保证测量时间的合理性，检测仪器包括水位计、温度计和水温计。在开始抽水前，设计者还应制订合理的分层抽水试验方案，在测量过程中，预测可能出现的问题，以减少施工意外。并对整个抽水试验过程进行监控，并做好记录，为在勘测过程中出现的问题提供解决方案。

4.3 钻井技术

4.3.1 设计要求

根据所需勘探的地质要求，钻井技术应完成三段勘探试验，分别对砂岩含水层、矿层顶板和底板进行分层抽水试验。在勘探区域内，采用全孔取芯的方法，采用分层扩孔法进行勘探区域试验。在各目的层的钻井过程中要防止泥浆堵塞含水层，以免影响勘探质量。

4.3.2 钻孔基本参数

针对钻井的常规探井资料，通过对目的层分析，确定了具体的下管位置和止水位置，进行了分级扩孔作业，具体见下表，针对不同位置采用了不同的钻头钻进。

扩孔参数导出表

在具体成井工艺的基础上，根据地质探测结果，进行井管设计，同时做好记录。特别是准备相关的成井工具，进行钻孔通井操作，确保孔内没有杂物，并调制水泥砂浆。对修正好的孔洞深度，要做详细记录后才可以下管，连接方式采用丝扣连接，要保证管道呈垂直连接。放管速度要适当调整，随时观察管道内外情况，及时为管内补水，下管过程中需要认真严格的操作，严格防范异物进入井内。

4.4 截流法

4.4.1 管外止水

必须严格按照排管设计方案，将管线连接起来，在变径处用止水材料止水。对止水要求要选择隔水性能好、采用止水材料，其隔水层厚度在1.5m以上，严格检查止水效果，并填写质量检查单，对不合格部位要重新止水。应注意的是，对于不同深度的止水材料，应使用不同厚度的止水材料，以确保满足止水要求。

4.4.2 管道止水

管中止水需要按照抽水的实际顺序来测试，第一阶段抽水是砂岩含水层，需要在底部用水泥砂浆，用木塞封孔。完成第一段抽水后，需要打开木塞，下入套管，并用止水胶带止水，将水泥砂浆倒进洞口，结束后再用套管继续向下。三段到达试验区终点，要求揭露厚度不小于20m，井筒实验结束后，需用清水冲洗井眼泥浆，以取代它，准备下一步洗井，用化学药品浸出水段，然后继续冲洗。

4.5 加强水文地质勘探监督

在水文地质的勘察工作中，建立专门的勘察和监管部门十分关键，针对当前进行的工作进行全方位的监督和控制，做好勘察环节的严格控制，减少勘察工作中的误差。在勘探部门的严格管理过程中,做好综合性的审查和分析，在当前的有效勘察过程中对勘察结果的合理性和有效性负责，及时将其中的问题解决，提升勘察工作的有效性，保证城市化的合理进程。

履行监督责任到位是地下水文地质勘探质量保障的前提。为此，企业应建立勘探监督部门，对水文监测进行实时监控，确保施工环节合理，施工设备性能良好，严格把质量关，及时发现和处理水文监测中存在的问题。同时，还应充分利用现代水文仪器设备，为提高水文监测的效率和质量提供条件。

4.6 注意控制止水工程质量

止水剂对止水效果有一定的影响，在这次试验中，也要注意止水材料的质量问题。在施工过程中选用隔水性好、污染小的止水材料。外壁止水剂主要是高纯度黏土，根据地下水层的特点，可在6～10m范围内设置6～10层止水。值得注意的是施工人员的技术水平和施工技术的先进程度对水文地质的勘探效果有很大影响。为此，施工企业应提高施工人员素质，在勘探和抽水过程中使用设备进行检测，对不能使用、性能差的设备要及时淘汰。为保证水文地质勘探工作的顺利进行，对企业的勘测人员进行技术和道德素质的培训。

4.7 抽吸试验

水压试验的稳定持续时间是指在某一下降深度时，流量和动水位都会趋于稳定的延续时间，一般岩土工程抽水试验持续10小时左右。动态水位和涌水量曲线在抽水过程中并没有逐渐变小或逐渐增大的趋势，稳定的标准是抽水时间内抽水口的水位上浮低于水位下降的1%，涌水量浮动值低于正常的5%，观测孔水浮动值在3cm以内。要掌握落程与水量的关系，既要正确选择计算参数，又要准确地确定降深。

结语

近几年，我国社会经济水平的快速提升，城市化的发展速度不断提升，当前土地资源的利用对城市发展产生了限制作用，地下空间的利用是十分必要的。由于地下空间的特殊性，水文地质勘探工作是很重要的，而且是最关键的工作。在高级的水文地质勘察的过程中，需要做好地下空间的高效利用和分析工作，应用好分层抽水的工作技术。因此，提升水文地质勘察工作的技术水平十分重要，为更好地保证地下城市空间的建设和应用，促进我国城市化建设进程的快速发展。