黃屯硫鐵礦主井井筒檢查孔水文地質(zhì)特征分析

于光輝

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000)

主井檢查孔主要目的是為主井檢查孔設(shè)計(jì)與施工提供依據(jù)。施工均采用地質(zhì)及鉆探、物探測(cè)井、采樣化驗(yàn)、簡(jiǎn)易水文、野外地質(zhì)及工程地質(zhì)編錄和抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)等相結(jié)合的勘探施工方法，從而獲得了全面系統(tǒng)的地質(zhì)成果資料。

1 井筒水文地質(zhì)條件

1.1 地表水

礦區(qū)位于黃屯河下游的新河、老河之間，區(qū)內(nèi)地形平坦，地面高程8～13 m。礦區(qū)東部、南部為低山丘陵，西接連綿崗地，北與平原連為一片。本次施工主井檢查孔位于礦區(qū)西南方位，黃屯新河西北側(cè)。黃屯新河(人工河)從礦床偏東部由南向北流入天河，最高洪水位達(dá)標(biāo)高+13 m，最大洪峰流量200 m3/s(1983年7月)、水位季節(jié)變化大一般近地表。礦區(qū)內(nèi)為第四系所覆蓋，水系較發(fā)育，河渠池塘較多。

1.2 含隔水層的劃分及特征

1.2.1 礦區(qū)含水巖組及富水性

礦區(qū)地下水可劃分為松散巖類孔隙水、火山碎屑巖、熔巖類孔洞—裂隙水、碎屑巖、碳酸鹽巖類巖溶—裂隙水、巖漿巖類裂隙水四個(gè)含水巖組。其富水性分別為弱、弱、較弱和中等。

1.2.2 主井松散層的含、隔水層(組)及水文地質(zhì)特征

該孔松散層厚度為24.88 m，根據(jù)鉆探情況可劃分為一個(gè)隔水層和一個(gè)含水層。含、隔水層(組)水文地質(zhì)特征如下：

隔水層(組)：底板埋深12.50 m，隔水層厚12.50 m，巖性主要為淺灰色、深灰色的粘土、粘土層底部夾礫石，巖性致密，具粘性，一般隔水性能較好。

含水層(組)：底板埋深24.88 m，砂層厚12.38 m。含水巖性主要為灰色夾黃色，松散狀的砂礫組成，分選性一般，成分主要以石英、長(zhǎng)石為主，含暗色礦物，礫石大小不等，粒徑約2～8 cm左右，局部稍含粘土。據(jù)第四系抽水試驗(yàn)資料，水量較小，抽水水位降深4.79 m，涌水量為0.322 L/s，單位涌水量0.07 L/(s·m)，滲透系數(shù)k為0.28 m/d，水質(zhì)為HCO3-Ca·K+Na。

1.2.3 主井基巖段的含、隔水層(組)及水文地質(zhì)特征

該孔基巖段厚度為430.17 m，為侏羅系上統(tǒng)龍門院組含水層段和三疊系拉犁尖組含水層段，從24.88～35.23 m段為風(fēng)化帶，巖性由灰色、淺灰色粗安巖組成，局部呈綠泥石化，巖芯破碎。

根據(jù)鉆探、測(cè)井資料綜合分層，其中含水層段6個(gè)，總厚度為111.13 m，巖性上部主要為粗安巖，局部呈黃鐵礦化，較堅(jiān)硬，部分層段巖芯破碎，見水蝕裂隙，下部主要由粉砂巖、閃長(zhǎng)玢巖組成，局部巖芯破碎以機(jī)械破碎為主，裂隙不發(fā)育，且部分層段氣孔較多，大小不等，不連通。

含水層段水文地質(zhì)特征如下：

第一含水層段自73.90～85.32 m，厚11.42 m，巖性主要為粗安巖，深度60.15～65.17 m、73.90～76 m段巖芯破碎，壓水試驗(yàn)段該段透水率q=1.60(Lu)，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》表F，弱透水性。

第二含水層段自182.34～193.36 m，厚11.02 m，主要由粗安巖組成，塊狀構(gòu)造，斑晶結(jié)構(gòu)，輕微蝕變，巖芯破碎。

第三含水層段自200.44～214.50 m，厚14.06 m，巖性主要為粗安巖，深度198～205.20 m巖芯破碎，裂隙較發(fā)育。

第四含水層段自242.00～292.70 m，厚50.70 m，巖性主要為粗安巖，局部見脈狀黃鐵礦，具電氣石化，裂隙發(fā)育，深度288.26～291.65 m巖芯破碎。

第五含水層段自327.10～334.40 m，厚7.30 m，巖性由灰色夾紫紅色的粗安巖組成，局部巖芯破碎，節(jié)理發(fā)育。

第六含水層段自399.07～415.70 m，厚16.63 m，該段巖性主要由鈣質(zhì)粉砂巖、閃長(zhǎng)玢巖組成，多處見小氣孔、小孔洞，裂隙發(fā)育，深度377.23～378.90 m段巖芯破碎，據(jù)第四段壓水試驗(yàn)段資料，透水率q=1.43(Lu)，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》表F，弱透水性。

據(jù)抽水試驗(yàn)資料，基巖段抽水最大水位降深24.09 m，涌水量7.728 L/s，單位涌水量0.31 L/(s·m)，滲透系數(shù)k為0.30 m/d，水質(zhì)為HCO3·SO4-Ca·K+Na；

1.3 各含水層的補(bǔ)、徑、排條件及水力聯(lián)系

據(jù)礦區(qū)資料，松散層內(nèi)含水層地下水運(yùn)動(dòng)處于積極交替帶徑、排條件好；基巖段含水層以水平徑流補(bǔ)給和垂直補(bǔ)給兩種方式進(jìn)行，以水平徑流補(bǔ)給為主，主要以裂隙、孔洞為途徑，流程短，對(duì)礦床地下水補(bǔ)給造成有利條件。

該孔從巖性及抽水試驗(yàn)資料分析得，基巖地下水同風(fēng)化帶層、松散層潛水間有相對(duì)隔水蓋層(風(fēng)化帶)存在，無(wú)明顯垂直補(bǔ)給，井筒開挖時(shí)主要補(bǔ)給為水平徑流側(cè)向補(bǔ)給為主。

2 抽水試驗(yàn)工作

2.1 抽水試驗(yàn)層段

該孔共做了2次抽水試驗(yàn)，其中基巖混合抽水試驗(yàn)一次，第四系一次。

基巖段抽水：抽水試驗(yàn)抽水層段為28.91～455.05 m，鉆孔結(jié)構(gòu)：0～28.91 m，φ191 mm孔徑，下入φ168 mm護(hù)壁管，0～120.08 m，下φ146 mm過(guò)濾管，120.08～455.05 m孔徑為φ91 mm，裸孔。

第四系抽水：經(jīng)礦方共同研究同意，抽水鉆孔定在主、副井檢查孔中間進(jìn)行，單獨(dú)進(jìn)行抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)成果作為主、副井檢查孔共同采用，抽水層段為第四系砂礫層抽水，深度為0～24.88 m。

2.2 抽水試驗(yàn)方法

該孔抽水試驗(yàn)方法按穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求進(jìn)行，按洗井、試抽、靜止水位觀測(cè)、正式抽水和恢復(fù)水位觀測(cè)步驟進(jìn)行。水位、流量觀測(cè)按照非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求，加密觀測(cè)，以后每半小時(shí)觀測(cè)一次，水溫、氣溫每4小時(shí)同步觀測(cè)一次，恢復(fù)水位按照非穩(wěn)定流抽水標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)。即1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30分鐘，以后每半小時(shí)觀測(cè)一次，直到結(jié)束。正式抽水結(jié)束前取水樣。

3 井筒涌水量預(yù)計(jì)

3.1 水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算及選用

3.1.1 滲透系數(shù)K

1)基巖段滲透系數(shù)K

基巖段滲透系數(shù)按照均質(zhì)無(wú)限含水層承壓水完整井穩(wěn)定流計(jì)算，公式為：

(1)

根據(jù)主井檢查孔基巖段抽水試驗(yàn)資料，最大降深s=24.09 m時(shí)，水量為628.82 m3/d，含水層厚度為111.13 m，抽水半徑為0.045 5 m。

根據(jù)公式(1)，計(jì)算結(jié)果滲透系數(shù)K=0.30 m/d，抽水影響半徑R=131.48 m。

2)第四系滲透系數(shù)K

第四系滲透系數(shù)按照均質(zhì)無(wú)限含水層潛水完整井穩(wěn)定流計(jì)算，公式為：

(2)

根據(jù)第四系抽水試驗(yàn)資料，降深S=4.79，水量為27.82 m3/d，含水層飽水厚度23.28 m，抽水半徑為0.045 5 m。

根據(jù)公式(2)計(jì)算結(jié)果滲透系數(shù)K=0.28 m/d，抽水影響半徑R=24 m。

3.1.2 含水層厚度M

利用鉆探、測(cè)井綜合分層，確定基巖段的各含水層段的厚度，見表1。

表1 含水層段厚度表

第四系飽水厚度(H)采用 23.28 m。

3.1.3 影響半徑R、r井、H和h0的確定

(3)

r井為井筒荒徑的二分之一，主井井筒按設(shè)計(jì)要求凈直徑4.5 m，荒徑6.50 m，r井為3.25 m。

H、h0確定，H為承壓水位降至含水層段底板的水柱高度，即S=H，h0=0。

3.2 井筒涌水量預(yù)計(jì)

3.2.1 基巖段井筒涌水量預(yù)計(jì)

井筒基巖段涌水量預(yù)計(jì)采用地下水動(dòng)力學(xué)承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓完整井解析法(即大井法)。

計(jì)算公式：

(4)

利用基巖段抽水試驗(yàn)資料，K=0.30 m/d時(shí)，預(yù)計(jì)井筒基巖段涌水量，見表2。

表2 基巖段井筒涌水量預(yù)計(jì)成果表

3.2.2 第四系井筒涌水量預(yù)計(jì)

井筒第四系涌水量預(yù)計(jì)采用地下水動(dòng)力學(xué)均質(zhì)無(wú)限含水層潛水完整井穩(wěn)定流解析法。

計(jì)算公式：

(5)

利用第四系抽水試驗(yàn)資料，K=0.28 m/d時(shí)，預(yù)計(jì)井筒第四系涌水量，見表3。

表3 第四系段井筒涌水量預(yù)計(jì)成果表

3.3 井筒涌水量估算結(jié)果及評(píng)述

利用抽水試驗(yàn)資料計(jì)算主井井筒涌水量，總計(jì)井筒涌水量預(yù)計(jì)為363.88 m3/h，水量較大。該結(jié)果作為井筒設(shè)計(jì)與施工的參考依據(jù)，建議在建井過(guò)程中應(yīng)重視，采取預(yù)防措施，確保礦井生產(chǎn)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)檢查孔所揭露的各含隔水層作了詳細(xì)的評(píng)述和評(píng)價(jià)，水文地質(zhì)條件類型屬中等類型。利用抽水試驗(yàn)資料，采用地下水動(dòng)力學(xué)大井法承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果井筒涌水量為363.88 m3/h。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件看，基巖段含水層補(bǔ)給條件好，建議井筒開挖前需進(jìn)行預(yù)注漿，然后采取井筒凍結(jié)。