基于抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)分析單位涌水量換算

杜亞仙

（河北省煤田地質(zhì)勘查院，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

煤礦充水含水層單位涌水量是評(píng)價(jià)含水層富水性的重要依據(jù)。為了評(píng)價(jià)含水層的富水性，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》附錄一要求，鉆孔單位涌水量換算是以口徑91 mm 及抽水水位降深10 m 為準(zhǔn)[1]。但實(shí)際生產(chǎn)單位由于采用不同的鉆探工藝，造成提交的資料口徑和降深不一致，使單位涌水量無法進(jìn)行對(duì)比分析，影響了原始資料的使用[2]。因此，需要對(duì)單位涌水量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化換算。單位涌水量的換算，實(shí)質(zhì)上是將單位涌水量標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，只有按相同標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行分類，才能體現(xiàn)出分類公平合理的科學(xué)性。目前的換算方法主要有基于Excel 進(jìn)行Q-S 曲線的確定[3]，利用最小二乘法[4]或Matlab 進(jìn)行Q-S 曲線的擬合[5]。本文采用Q-S 曲線的確定及最小二乘法2 種方法結(jié)合起來，即用Excel 處理抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制q=f（S） 曲線，用單位涌水量法判斷曲線類型，采用最小二乘法確定Q-S曲線的參數(shù)，確定Q-S 曲線方程，求解降深10 m時(shí)的單位涌水量。此次研究抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)來源于邢臺(tái)市邢北詳查區(qū)7-3 鉆孔，抽水含水層為第四系底部砂礫石，含水層厚度18.3 m，抽水孔徑為108 mm。鉆孔所處區(qū)域第四系底部砂礫石滲透性能較好，主要通過露頭接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給來源相對(duì)較差。依據(jù)該鉆孔抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)分步驟介紹單位涌水量換算過程，供需要者參考。

1 涌水量換徑

邢臺(tái)市邢北詳查區(qū)一水文鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，得到每一抽水落程穩(wěn)定時(shí)的流量Qi和水位降深Si（i=1,2,3），見表1，利用公式（1） 將流量Qi換算成孔徑為91 mm 的抽水孔的流量，然后計(jì)算單位涌水量。

表1 7-3 孔第四系底部砂礫石抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Pumping test data of Quaternary bottom sand and gravel in hole 7-3

2 判定曲線類型求解降深為10 m 的單位涌水量[6-7]

根據(jù)3 次以上抽水或放水試驗(yàn)資料在q-S 直角坐標(biāo)系中繪出q-S 曲線，以此作為判斷依據(jù)，如圖1 所示。

圖1 單位涌水量與水位降低關(guān)系曲線圖Fig.1 Relation curve between unit water inflow and water level lowering

Ⅰ為水平直線（直線型）；Ⅱ?yàn)橄蛳碌男本€（拋物線型）；Ⅲ為凹面向下的折線（指數(shù)曲線型）；Ⅳ為凹面向上的折線（對(duì)數(shù)曲線型）；Ⅴ為單位涌水量隨水位降低的增加而增大，資料不可靠。

根據(jù)換算后的數(shù)據(jù)用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理繪制q=f（S） 曲線，如圖2 所示。

圖2 7-3 孔q-S 曲線圖Fig.2 The q-S curve in hole 7-3

圖2 曲線與圖1 中Ⅲ形狀相同，據(jù)此判定曲線類型為指數(shù)型，曲線方程為：

3 結(jié) 論

（1） 單位涌水量換算方法解決了抽水口徑和抽水水位降深不統(tǒng)一的問題，使之能在相同的標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)含水層的富水性進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)。

（2） 單位涌水量的換算需要借助至少3 次降深的抽水試驗(yàn)資料來判定q-S 曲線類型，因此生產(chǎn)過程中，抽水試驗(yàn)應(yīng)至少完成3 次降深。

（3） 曲線的類型與特定的地下水的補(bǔ)給、流態(tài)、滲透性及富水性等相聯(lián)系。指數(shù)曲線常出現(xiàn)在含水層滲透性能較好，其厚度相對(duì)較大，補(bǔ)給來源相對(duì)較差的地區(qū)，與該區(qū)域?qū)嶋H相符。