煤炭水文地質(zhì)勘查如何減少抽水試驗(yàn)結(jié)果誤差

李衛(wèi)

【摘 要】 抽水試驗(yàn)是煤炭水文地質(zhì)勘查中的一種重要手段，主要目的是為了了解所抽水層段的水文地質(zhì)參數(shù)。但由于各種因素，目前煤炭水文地質(zhì)勘查中，通過(guò)抽水試驗(yàn)所得出的結(jié)果往往與實(shí)際參數(shù)有一定誤差。本文就如何預(yù)防和減小抽水試驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差提出一些建議，為煤炭水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)工作提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】煤炭水文地質(zhì)勘查；抽水試驗(yàn)；動(dòng)水位；降深

導(dǎo)言

目前在煤炭水文地質(zhì)勘查中，由于受環(huán)境、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等因素影響，所采取的抽水試驗(yàn)大多數(shù)為單孔抽水試驗(yàn)，所取得的資料僅為單孔的涌水量和水位資料。因此，在煤炭地質(zhì)勘查中，抽水試驗(yàn)的主要目的就是為了了解所抽水層段的水文地質(zhì)參數(shù)。但是，往往在實(shí)際的抽水過(guò)程中，所得出的參數(shù)誤差相對(duì)較大。如何使抽水試驗(yàn)所得參數(shù)計(jì)算的結(jié)果更近于實(shí)際參數(shù)，是水文地質(zhì)工作者面臨的一個(gè)問(wèn)題。

一、鉆孔的選擇

想要使單孔抽水試驗(yàn)的成果更接近于整個(gè)勘查區(qū)的水文地質(zhì)條件，選擇抽水試驗(yàn)的鉆孔是關(guān)鍵。選擇作抽水試驗(yàn)的鉆孔孔深不能太深，如果太深了，抽水的設(shè)備就難以達(dá)到要求，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)； 然后是鉆孔所在位置，抽水試驗(yàn)鉆孔盡量不要布置在山上和太靠近河流、水庫(kù)、斷層的位置，這些地段進(jìn)行抽水試驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)并不具備代表性，應(yīng)盡量選擇在接近整個(gè)勘查區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面且地勢(shì)相對(duì)較緩的位置，這樣抽水試驗(yàn)使鉆孔水位降低時(shí)，影響半徑可以覆蓋更廣的面積，地下水流態(tài)特征更接近煤礦床排水時(shí)的地下水特征。

二、設(shè)計(jì)審查質(zhì)量控制

（一）審查水文孔抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)57 個(gè)水文孔抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)和四組群孔抽水試驗(yàn)方案全部進(jìn)行了認(rèn)真審查。經(jīng)審查設(shè)計(jì)和方案中存在錯(cuò)項(xiàng)和漏項(xiàng)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題立即指出，施工方及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)和方案中錯(cuò)誤及不足進(jìn)行了糾正和補(bǔ)充完善，確保了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和完整性。

（二） 審查下管設(shè)計(jì)

審查了57 個(gè)水文孔106 個(gè)抽水層段下管設(shè)計(jì)，特別是對(duì)志丹群抽水層段排管設(shè)計(jì)進(jìn)行了嚴(yán)格審查。發(fā)現(xiàn)志丹群抽水層段排管設(shè)計(jì)欠合理并存在花管偏少問(wèn)題，主要原因是地質(zhì)編錄與測(cè)井解釋巖性有矛盾及施工單位準(zhǔn)備的花管偏少。監(jiān)理及時(shí)糾正了排管設(shè)計(jì)欠合理及花管偏少的問(wèn)題。

三、盡量選擇完整井進(jìn)行抽水試驗(yàn)

煤炭水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)對(duì)含煤地層進(jìn)行抽水時(shí)，應(yīng)盡量選擇完整井。由于煤炭地質(zhì)勘探抽水試驗(yàn)主要目的是為了了解含煤地層的水文地質(zhì)參數(shù)，為預(yù)測(cè)礦井涌水量和礦坑疏干排水方案提供依據(jù)。因此，選擇一完整含煤地層進(jìn)行抽水試驗(yàn)得出的結(jié)果是最能代表勘查區(qū)含煤地層的水文地質(zhì)參數(shù)的。而非完整井由于井內(nèi)的含煤地層不全，所取得的參數(shù)只能代表局部含煤地層的水文地質(zhì)特征。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用完整井進(jìn)行抽水試驗(yàn)。

四、抽水試驗(yàn)鉆孔的孔徑應(yīng)滿足要求

鉆孔孔徑越大，抽水試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)越具代表性。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于受各種因素影響，抽水試驗(yàn)鉆孔的孔徑一般不會(huì)太大，這對(duì)抽水試驗(yàn)所取得的參數(shù)會(huì)有一定的影響。抽水試驗(yàn)規(guī)程里規(guī)定，抽水試驗(yàn)鉆孔最低孔徑不能低于110mm，但在施工條件相對(duì)復(fù)雜的地區(qū)，單孔抽水鉆孔最低孔徑可以放低到91mm，低于這個(gè)孔徑的抽水試驗(yàn)成果，本人建議只能是作為參考使用。

五、抽水試驗(yàn)鉆孔止水必須滿足要求

抽水試驗(yàn)鉆孔在對(duì)含煤地層進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，必須對(duì)上覆和下伏地層進(jìn)行有效止水。由于鉆孔揭穿的地層往往不止含煤地層，還包括上覆和下伏的巖層，這些巖層的水文地質(zhì)條件和含煤地層的水文地質(zhì)條件差別較大，有些屬?gòu)?qiáng)含水層，有些則屬弱含水層，性質(zhì)不一。因此，作抽水試驗(yàn)必須將此類含水層在抽水孔內(nèi)將其隔開，尤其是強(qiáng)含水層，如果止水效果差，強(qiáng)含水層中的地下水則會(huì)通過(guò)鉆孔孔壁縫隙通道進(jìn)入含煤地層，作抽水試驗(yàn)時(shí)，所抽水的流量就比正常的含煤地層的地下水涌水量大，影響數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

六、抽水試驗(yàn)時(shí)含煤地層須有濾管隔離

由于含煤地層巖性組合較多，有巖體相對(duì)完整的細(xì)砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r等，也有巖體完整性差的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、煤層等，抽水過(guò)程中當(dāng)?shù)叵滤怀樗O(shè)備抽出后，受風(fēng)化作用及地下水重力失衡影響，容易造成孔壁巖體及煤層垮塌、崩解或膨脹，阻礙抽水時(shí)地下水徑流通道，對(duì)抽水試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

七、選擇適合的抽水試驗(yàn)設(shè)備

抽水試驗(yàn)設(shè)備有很多種，例如提桶、汲入式水泵、拉桿式水泵、往復(fù)式水泵、射流式水泵、深井泵、空氣壓縮機(jī)等。這些設(shè)備都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但在煤炭水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)中，采用得最多且所得數(shù)據(jù)誤差相對(duì)較小的就是深井泵，深井泵可在深水位地區(qū)作大降深、長(zhǎng)時(shí)間的抽水，出水均勻，資料可靠，且節(jié)省人力。因此，本人建議煤炭水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)宜采用深井泵進(jìn)行抽水。

八、通過(guò)試抽確定降深的合理性

正式抽水試驗(yàn)前，需作一次試抽水，時(shí)間不能少于8 小時(shí)，以便了解設(shè)備能力及孔內(nèi)單位涌水量的情況，并確定抽水試驗(yàn)的降深。確定合理的降深，除了使試驗(yàn)不超過(guò)設(shè)備的抽水能力，還能使后期抽水過(guò)程中繪制的Q = f（ S） 、q = f（ S） 曲線更趨合理，減少錯(cuò)誤。

九、嚴(yán)格按照抽水試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行水位和流量觀測(cè)

抽水試驗(yàn)過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照抽水試驗(yàn)規(guī)程對(duì)水位和流量進(jìn)行觀測(cè)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。抽水前及抽水過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常校正水位測(cè)繩的深度記號(hào)，若發(fā)現(xiàn)誤差應(yīng)及時(shí)修正。在抽水過(guò)程中遇有大雨，并對(duì)水位、流量觀測(cè)產(chǎn)生影響時(shí)，應(yīng)暫停抽水，恢復(fù)抽水過(guò)程也須按抽水試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行。

十、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)資料整理發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤

在抽水過(guò)程中，必須隨時(shí)繪制Q = f（ S） 、q = f（ S）曲線，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正抽水發(fā)生的錯(cuò)誤。見下圖，圖中曲線： Ⅰ—承壓水； Ⅱ—潛水或承壓水受管壁（ 包括過(guò)濾器） 阻力和三維流、紊流的影響； Ⅲ—水源不足或過(guò)水?dāng)嗝嬖诔樗^(guò)程中受到阻塞； Ⅳ—當(dāng)吸水籠頭放置在過(guò)濾器進(jìn)水部位以上時(shí)，表明抽水試驗(yàn)有錯(cuò)誤，應(yīng)重作試驗(yàn)； Ⅴ—表明某一降深以下S 增大，而Q 不變，多屬降深過(guò)大所造成。

十一、室內(nèi)資料整理時(shí)選用合理的公式

1.由于抽水時(shí)過(guò)濾管壁的摩阻和水力坡度的增加，產(chǎn)生井孔內(nèi)三維流和紊流，出現(xiàn)Q—S 關(guān)系曲線上的Ⅱ、Ⅳ型時(shí)，需對(duì)降深S 值加以修正后，再作參數(shù)計(jì)算。否則，計(jì)算出的滲透系數(shù)K 偏小。修正值S' = S °” βQ2

式中： Si - 第i 次抽水時(shí)孔內(nèi)水位下降值（ m）Si + 1 - 第i + 1 次抽水時(shí)孔內(nèi)水位下降值（ m）Qi—第i 次抽水時(shí)的流量（ L /s）Q i + 1—第i + 1 次抽水時(shí)的流量（ L /s）當(dāng)曲線為Ⅱ型時(shí)，公式中的修正值為- βQ2 ； 當(dāng)曲線為Ⅳ型時(shí)，修正值為+ βQ2。

2. 地下水流的狀態(tài)。首先要區(qū)別潛水和承壓水，其次要判定是層流還是紊流運(yùn)動(dòng)。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意： 當(dāng)承壓水頭高出含水層頂板小于2m，或上覆隔水層是弱透水層，而抽水降深很大時(shí)，一般都按潛水或有壓轉(zhuǎn)無(wú)壓公式計(jì)算。

十二、結(jié)束語(yǔ)

煤炭水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)中，鉆孔的選擇、抽水試驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)、資料的整理等都將影響抽水試驗(yàn)所得出的最終結(jié)果。因此，作為水文地質(zhì)工作者，必須以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度對(duì)待每次抽水試驗(yàn)，使抽水試驗(yàn)最終得出的結(jié)果趨于原始性，為評(píng)價(jià)勘查區(qū)水文地質(zhì)條件提供最直接的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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