基于Aquifertest軟件計(jì)算灰?guī)r礦區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)及礦坑涌水量預(yù)測

胡殿坤，姚慶健，莫福成，繆 信，汪 楠

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031）

隨著近年來灰?guī)r礦山的凹陷開采，許多礦山最低開采標(biāo)高處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，因此獲得礦區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)參數(shù)顯得尤為重要，抽水試驗(yàn)是以地下水井流理論為基礎(chǔ)，通過在井孔中進(jìn)行抽水和觀測，來測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，評價(jià)含水層富水性和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外水文地質(zhì)試驗(yàn)[1]。其主要目的任務(wù)之一是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)(K)、導(dǎo)水系數(shù)(T)、貯水系數(shù)(u*)等[2]。

目前，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行抽水試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算的是Aquifertest軟件，由加拿大滑鐵盧水文地質(zhì)公司開發(fā)研制，專門用于抽水試驗(yàn)資料分析數(shù)據(jù)處理及水文地質(zhì)參數(shù)求解的圖形化分析研究軟件，本次研究根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用軟件計(jì)算參數(shù)，最終確定水文地質(zhì)參數(shù)，運(yùn)用大井法預(yù)測礦坑涌水量[3-4]。

1 抽水試驗(yàn)概況

1.1 水文地質(zhì)條件

在安徽省廬江縣某灰?guī)r礦區(qū)進(jìn)行單孔非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)中，將含水巖組分為三類[5]：

（1）松散巖類孔隙含水巖組。主要由第四系全新統(tǒng)含水層組成，層厚小于16m。巖性主要為棕紅色含礫粘土、含礫粉質(zhì)粘土夾粘土，局部為含礫粉質(zhì)粘土夾碎石；地下水位埋深2～6m；單井出水量小于3m3/d，具有弱富水性。

（2）碳酸鹽巖類巖溶—裂隙含水巖組。主要由石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2h）、船山組（C2c）、二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）碳酸鹽巖地層組成，巖性為微晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，厚度大于153m。經(jīng)鉆探及地面調(diào)查，巖溶發(fā)育，節(jié)理裂隙較發(fā)育，沿節(jié)理裂隙和構(gòu)造破碎帶發(fā)育溶洞、溶溝、溶槽及串珠狀溶孔等，礦區(qū)地下水位埋深9.10～45.80m，單井涌水量可達(dá)1000～1300m3/d，泉流量10～100L/s，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。

（3）碎屑巖類裂隙含水巖組。由志留系下統(tǒng)高家邊組（S1g）、上統(tǒng)墳頭組（S2f）、泥盆系上統(tǒng)五通組（D3w）、石碳系下統(tǒng)高驪山組（C1g）及二疊系下統(tǒng)孤峰組（P1g）地層組成，巖性為長石石英砂巖、泥巖夾粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，厚度大于736m，巖性破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，多為閉合裂隙，含水性、連通性、導(dǎo)水性差，水量貧乏，局部含裂隙水。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，地下水位埋深3～15m，單井出水量約2～5m3/d，具弱富水性；水化學(xué)類型為HCO3-Ca型。

抽水層主要在碳酸鹽巖類巖溶—裂隙含水巖組，其地下水靜水位根據(jù)地勢呈東高西低的趨勢其等值線如圖1所示。

1.2 抽水試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)選取兩個(gè)孔改造作為抽水孔如圖1 中方框標(biāo)點(diǎn)編號為ZK103 的井深127m，井徑130mm，抽水初始水位24.50m，最大降深50.82m，對應(yīng)流量47.13m3/d，編號為ZK23的井深105m，井徑130mm，初始水位22.05m，最大降深40.51m 對應(yīng)流量41.43m3/d試驗(yàn)過程見圖2。

抽水試驗(yàn)進(jìn)行順利，水位數(shù)據(jù)通過投入式液位計(jì)精確度為0.01m，流量表觀測精度為0.0001m3，水溫、氣溫2h 觀測一次，讀數(shù)精度為0.1℃，數(shù)據(jù)記錄頻率和精度滿足規(guī)范要求。為提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度每孔進(jìn)行三次抽水，每次抽水后觀測恢復(fù)水位數(shù)據(jù)，水位恢復(fù)至初始水位后進(jìn)行下一次抽水，所得數(shù)據(jù)成圖后，從圖2中數(shù)據(jù)趨勢看，無異常點(diǎn)，符合規(guī)范中非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求[6]，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)有效。

2 求參方法簡介

利用Aquifertest 軟件求參方法如下：①從主菜單欄中，點(diǎn)擊File，然后Create datebase 創(chuàng)建初始數(shù)據(jù)庫保存；②打開已保存的數(shù)據(jù)庫，新建工程，選擇Units在新建的工程中創(chuàng)建抽水井模型；③鍵入野外記錄簿的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，及含水層的厚度，生成時(shí)間與降深的曲線圖；④選擇所需要的計(jì)算方法完成水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，形成計(jì)算圖；⑤在Reports查看計(jì)算結(jié)果；⑥輸出該抽水孔各種方法的水文地質(zhì)參數(shù)。

本次采用Theis配線法，對潛水含水層水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行求解。配線法是通過實(shí)測試驗(yàn)曲線與理論曲線對比確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，也稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線對比法，配線法在軟件中通過專業(yè)分析調(diào)整來達(dá)到最優(yōu)擬合效果，Aquifertest軟件參數(shù)計(jì)算結(jié)果擬合曲線見圖3、圖4[7]。

根據(jù)降深—時(shí)間（lgs～lgt）配線法求得導(dǎo)水系數(shù)T及滲透系數(shù)K，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果表

3 采場涌水量預(yù)測

3.1 大氣降水入坑量預(yù)測

大氣降水入坑量采用水均衡法計(jì)算，計(jì)算公式為：

QⅠ=FAΦ

式中：F——采場匯水面積，m2；包括境內(nèi)以及境外匯水面積，其中境界內(nèi)面積為697251m2，境界外面積為0m2；

A——降水量，m；

Φ——地表徑流系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.8。

露天采場大氣降水匯水量預(yù)測結(jié)果見表2。

表2 露天開采大氣降水匯水量預(yù)測表

3.2 礦坑地下涌水量預(yù)測

根據(jù)取得參數(shù)采用大井法計(jì)算礦坑涌水量，考慮地下水貯存量及徑流量，采用以下參數(shù)計(jì)算求得礦坑涌水量[8]：

通過大井法計(jì)算求得礦山地下涌水量（標(biāo)高+25～-25m段）為3520m3/d。

4 結(jié)論

（1）本文通過現(xiàn)場抽水試驗(yàn)，利用Aquifertest 軟件計(jì)算了滲透系數(shù)K為0.07m/d；

（2）通過大井法計(jì)算了礦坑涌水量為3520m3/d；

（3）本次采用的水文地質(zhì)參數(shù)選擇的是抽水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的平均值，由于本區(qū)為灰?guī)r含水層巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，為高度非均質(zhì)水文地質(zhì)類型，因此解析法計(jì)算的涌水量僅供參考，為礦山后續(xù)開采的疏排水方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

表3 礦坑涌水量計(jì)算參數(shù)一覽表