變異系數(shù)法確定復(fù)雜地區(qū)鉆孔涌水量的應(yīng)用研究

路乾乾 任華平

（新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊犁835000）

鉆孔是地浸采鈾的基本通道，由鉆孔連接含礦含水層的單井單位涌水量是進(jìn)行和評(píng)價(jià)地浸法采鈾技術(shù)參數(shù)之一，一般在地浸采鈾試驗(yàn)或生產(chǎn)采區(qū)鉆孔施工時(shí)，采用該區(qū)域地質(zhì)勘探的水文孔涌水量或相鄰生產(chǎn)采區(qū)運(yùn)行鉆孔的抽注液量作為鉆孔施工的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。但在礦層滲透性差，含礦含水層巖性變化復(fù)雜的地質(zhì)條件下，各個(gè)礦層區(qū)域地下水補(bǔ)給流速有所差異，所施工鉆孔的實(shí)際水量與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)水量相差太大，無(wú)法科學(xué)合理地評(píng)價(jià)鉆孔涌水量，導(dǎo)致鉆孔工程無(wú)法驗(yàn)收。有必要通過(guò)研究、評(píng)價(jià)、推薦在未知礦層區(qū)域鉆孔施工時(shí)驗(yàn)收水量，推進(jìn)鉆孔工程施工。

1 影響鉆孔驗(yàn)收水量地質(zhì)因素

鉆孔單井涌水量的大小客觀取決該區(qū)域含礦含水層地下水動(dòng)力、礦層巖石的性質(zhì)及滲透性能，主觀取決于鉆孔施工過(guò)程中科學(xué)鉆進(jìn)、成井、開發(fā)[1]。

1.1 地下水動(dòng)力

在確保鉆孔質(zhì)量良好的前提下，鉆孔涌水量的大小主要取決于周邊地下水的補(bǔ)給流速[2]，而地下水流速取決于含礦含水層巖性滲透性能的大小。如某礦床礦化主要產(chǎn)于辨狀河流和洪泛沉積，在不同水動(dòng)力條件下，其沉積物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)完全不同。河道沉積，水動(dòng)力較強(qiáng)，雜基含量少，結(jié)構(gòu)以顆粒支撐為主，透水性好，巖性以粗碎屑的砂礫巖、砂巖為主。砂體間有的存在較好的連通性、滲透性好。洪泛沉積水動(dòng)力弱，主要沉積一套細(xì)碎屑的粉砂、鈣質(zhì)膠結(jié)及泥互層，孔隙度小，滲透性差，相對(duì)不透水[3]。

1.2 巖石性質(zhì)

巖石作為地下水的儲(chǔ)存介質(zhì)，對(duì)地下水的運(yùn)移有重要的影響。首先，巖石孔隙的大小、數(shù)量及連續(xù)性情況影響地下水的分布和運(yùn)動(dòng)方向，尤其是巖石的孔隙大小對(duì)水的流動(dòng)影響更大，孔隙度越大，地下水的流速就越快。其次是巖石的分選性越差，巖性變化越復(fù)雜，礦層的孔隙度就越小，地下水流向的通道越復(fù)雜，鉆孔的涌水量就越小。如某礦床含礦含水層巖性變化復(fù)雜，不連續(xù)透鏡狀鈣質(zhì)巖和泥巖分布較多，一般為2～5 層，且延續(xù)較短，表明了礦層地下水運(yùn)動(dòng)的不均勻性，在同一礦層區(qū)域鉆孔涌水量變化較大。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1 鉆孔水量統(tǒng)計(jì)

在確保鉆孔和洗孔質(zhì)量合格的前提下，對(duì)測(cè)量的單井涌水量進(jìn)行初步數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)其不同鉆孔結(jié)構(gòu)水量的變化進(jìn)行區(qū)域劃分，計(jì)算同一區(qū)域內(nèi)鉆孔水量出現(xiàn)的頻率。如某采區(qū)施工28 個(gè)鉆孔，鉆孔采用填礫式結(jié)構(gòu)，抽液鉆孔井管規(guī)格為Φ148×10mm UPVC 管，注液鉆孔井管規(guī)格為Φ100×10mm UPVC 管[4]。鉆孔施工質(zhì)量合格，初始涌水量統(tǒng)計(jì)如下表1。

表1 鉆孔初始涌水量統(tǒng)計(jì)表

2.2 鉆孔水量均方差的計(jì)算

鉆孔水量均方差是衡量同區(qū)域鉆孔水量大小變化的參數(shù)，數(shù)值越小，說(shuō)明各個(gè)附近地下水動(dòng)力變化幅度愈小。由于地層變化大，各鉆孔的初始涌水量變化大，不宜直接采用均方差，而需采用均方差與平均數(shù)的比值來(lái)比較。通過(guò)鉆孔水量均方差、變異系數(shù)分析鉆孔涌水量波動(dòng)性大小[5]。

將初始涌水量數(shù)據(jù)代入公式⑴和⑵計(jì)算可知，該采區(qū)鉆孔涌水量均方差S 為1.01，變異系數(shù)C.V 為0.34。

2.3 不同功能鉆孔變異系數(shù)的計(jì)算

在地下水動(dòng)力相同的情況下，在一定范圍之內(nèi)，鉆孔的涌水量與過(guò)濾器過(guò)水段面積有關(guān)[6]。將表1 數(shù)據(jù)代入公式⑴和⑵，分別計(jì)算不同功能鉆孔的變異系數(shù)。計(jì)算出注液鉆孔涌水量均方差S 為1.13，變異系數(shù)C.V 為0.38；抽液鉆孔涌水量均方差S 為0.73，變異系數(shù)C.V 為0.25。該區(qū)域抽液鉆孔涌水量變異系數(shù)較注液鉆孔小。

3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定驗(yàn)收指標(biāo)

該采區(qū)所施工的28 個(gè)鉆孔初始涌水量為1.5～5.0m3/h 之間，變化范圍較大。根據(jù)變化范圍將其分為1.5～2.0m3/h、2.1～3.0m3/h、3.1～4.0m3/h 和4.1～5.0m3/h 四個(gè)區(qū)間，根據(jù)計(jì)算鉆孔初始涌水量相同區(qū)間內(nèi)鉆孔個(gè)數(shù)頻率、平均水量、均方差及變異系數(shù)。通過(guò)分析對(duì)比，綜合評(píng)價(jià)，得出該區(qū)域鉆孔驗(yàn)收水量。

表2 抽液鉆孔涌水量不同區(qū)間變異系數(shù)表

表3 注液鉆孔涌水量不同區(qū)間變異系數(shù)表

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可知，在鉆孔涌水量2.0～2.9m3/h 這個(gè)區(qū)間，鉆孔出現(xiàn)的頻率、平均涌水量值、均方差及變異系數(shù)值較接近。取鉆孔涌水量2.0～2.9m3/h 區(qū)間鉆孔平均涌水量值作為該區(qū)域鉆孔驗(yàn)收水量的標(biāo)準(zhǔn)。抽液鉆孔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)2.3m3/h，注液鉆孔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)2.3m3/h。

4 鉆孔驗(yàn)收

在制定鉆孔驗(yàn)收水量的標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)所施工的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)收，在確保鉆孔施工和洗孔質(zhì)量合格的前期下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收水量進(jìn)行驗(yàn)收。

該區(qū)域施工的28 個(gè)鉆孔，抽液鉆孔以2.3m3/h 為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為8 個(gè)，不符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為2 個(gè)；注液鉆孔以2.3m3/h 為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為11 個(gè)，不符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為7 個(gè)。根據(jù)變異系數(shù)法，該區(qū)域施工的28 個(gè)鉆孔，符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為19 個(gè)，不符合標(biāo)準(zhǔn)鉆孔數(shù)為9 個(gè)。

5 結(jié)論

在無(wú)污染或最小化污染含礦含水層進(jìn)行地浸采鈾鉆孔施工，鉆孔施工質(zhì)量合格，鉆孔涌水量變化較大，根據(jù)生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)的單井涌水量無(wú)法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，且水文地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，建議采用變異系數(shù)法來(lái)確定鉆孔涌水量指標(biāo)。