沈 靜，李滿堆

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

界溝煤礦LG11-3孔抽水試驗(yàn)單位涌水量的換算分析

沈 靜*，李滿堆

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

在評(píng)價(jià)地下含水層富水性時(shí)，通常會(huì)利用通過(guò)含水層鉆孔抽水試驗(yàn)取得的單位涌水量換算（q91）值的大小來(lái)評(píng)價(jià)含水層的富水性，q91即為孔徑為91mm、抽水水位降深10m單位涌水量；通過(guò)對(duì)界溝煤礦LG11-3孔新生界松散層第四含水層抽水試驗(yàn)過(guò)程詳述及取得參數(shù)的應(yīng)用，利用經(jīng)驗(yàn)方程法及作圖法進(jìn)行了判定，對(duì)“四含”單位涌水量進(jìn)行了換算，通過(guò)換算得出q91為0.04592L/（s·m）與0.05375L/（s·m），富水性弱；對(duì)整個(gè)參數(shù)取得過(guò)程及換算過(guò)程進(jìn)行了分析，總結(jié)了影響q91換算結(jié)果的多重因素。

“四含”；單位涌水量換算；最小二乘法；q91

界溝煤礦位于安徽省濉溪縣境內(nèi)，東北距宿州市約35km，北距淮北市約65km。北以李家斷層為界與五溝煤礦相鄰，南以界溝斷層為界與許疃煤礦接壤；東西兩翼以10煤層露頭線為界，南北走向長(zhǎng)4.5km，東西傾向約寬3.5km，面積約16.3381km2，為新生界松散層覆蓋的全隱蔽礦床（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，2014）。煤層開采在淺部露頭帶受松散層第四含水層（往下簡(jiǎn)稱為“四含”）影響，為了掌握“四含”水文地質(zhì)特征，在LG11-3孔對(duì)該含水層進(jìn)行了抽水試驗(yàn)工作，通過(guò)抽水試驗(yàn)獲得了單位涌水量及一些相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，利用其對(duì)單位涌水量進(jìn)行了換算，為正確合理評(píng)價(jià)“四含”富水性提供了理論依據(jù)。

1 抽水試驗(yàn)施工過(guò)程：

（1）該孔結(jié)構(gòu)為：0～235m為?168mm孔徑，235～300m為?146mm孔徑?？變?nèi)套管情況，?127mm套管235m（孔內(nèi)深度0～235m處），?108mm過(guò)濾管55m（孔內(nèi)深度235～290.00m處），底部?108mm套管5m（孔內(nèi)深度290～295m處），詳見圖1。

（2）檢查止水。止水方法：在230～235m做止水段，上下做2個(gè)壓盤，間距約2m左右，中間纏海帶，壓盤直徑大于146mm，采用壓盤及海帶進(jìn)行止水，原理選擇利用三隔良好的粘土層，在235m變徑處用直徑大于146mm壓盤及海帶壓入粘土隔水層進(jìn)行止水，嚴(yán)格檢查止水效果，效果良好。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

（3）洗孔。用清水洗至水清砂凈。

（4）靜止水位觀測(cè),水位埋深108.51m（連續(xù)3h不動(dòng)）。

（5）試孔深，297.65m。

（6）試驗(yàn)抽水。使正式抽水時(shí)能夠選擇合理的降深，試抽涌水量Q=0.78L/s,振動(dòng)水位H=133.80m。

（7）恢復(fù)水位觀測(cè)，水位埋深122.51m。

（8）正式抽水。本次q≥0.01L/（s·m），采用3次降深，抽水試驗(yàn)觀測(cè)成果見表1。

（9）恢復(fù)水位觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)間，開始時(shí)觀測(cè)時(shí)間間隔一般是：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、60、90、120、150、180、210、240min……直至達(dá)到穩(wěn)定，水位埋深109.30m（連續(xù)3h水位不變）。

表1 抽水試驗(yàn)觀測(cè)成果表

（10）試孔深，295.47m（孔內(nèi)沉淀物沒(méi)有埋沒(méi)底部主要含水層厚度的1/5）（MT/T 1163-2011-2012之6.1）。

2 單位涌水量換算

2.1 計(jì)算法判定經(jīng)驗(yàn)方程類型及換算

2.1.1 計(jì)算法判定經(jīng)驗(yàn)方程類型（蔣輝等編，2007）

式中：Si——第i次抽水試驗(yàn)降深；

Q——抽水試驗(yàn)涌水量；

S——抽水試驗(yàn)降深。

具體計(jì)算見表2。

表2 計(jì)算法判定成果表

通過(guò)表2可以看出，n＞2屬對(duì)數(shù)型，對(duì)應(yīng)對(duì)數(shù)曲線方程式為Q=a+b·lgS,其中b為待定系數(shù)，N為抽水試驗(yàn)降深次數(shù)。

2.1.2 換算

步驟1：根據(jù)判定結(jié)果，利用最小二乘法（見表3）計(jì)算a、b值，其中：

表3 最小二乘法Q-S計(jì)算成果表

計(jì)算a值為-0.246359，b值為0.7175013，代入公式計(jì)算出降深為10m時(shí)的Q值為0.47L/s。

步驟二：利用公式（薛禹群，1997）計(jì)算出降深S為10m時(shí)的影響半徑R，其中S為降深為10m；K為滲透系數(shù)，單位為m/d；M為含水層厚度31.5m；r為抽水試驗(yàn)段過(guò)濾管半徑0.054m；計(jì)算R值為36.61m。

步驟三：利用公式（國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第28號(hào)-2009之附錄二），式中Q91、R91、r91為孔徑91mm的鉆孔涌水量、影響半徑和鉆孔半徑；Q孔、R孔、r孔為孔徑r的鉆孔涌水量、影響半徑和鉆孔半徑。計(jì)算出Q=0.4592L/s，單位涌水量q91= Q/10=0.04592L/（s·m）。

2.2 作圖法判定經(jīng)驗(yàn)方程類型及換算

2.2.1 作圖法判定

利用抽水試驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算S0、lgS和lgQ，見表4。

表4 作圖法數(shù)據(jù)計(jì)算表

通過(guò)表4利用Excel做出Q-S關(guān)系曲線（孫尚云等，2013）及其線性相關(guān)方程、相關(guān)系數(shù)見圖2、圖3、圖4。

由圖2、圖3圖、4曲線直觀地可判定為對(duì)數(shù)型及拋物線型，但通過(guò)相關(guān)系數(shù)比較，拋物線型曲線類型相關(guān)性更好。

圖2 拋物線型關(guān)系曲線

圖3 冪函數(shù)型關(guān)系曲線

圖4 對(duì)數(shù)型關(guān)系曲線

2.2.2 利用圖解法成果換算

由圖4可得知，拋物線作圖法得知待定系數(shù)b=67.17,a=-17.50，最小二乘法計(jì)算得b=67.17,a=-17.50，與作圖法一致。利用拋物線公式S0=a+bQ計(jì)算出10m降深Q= 0.5375L/s。同上述步驟二、三計(jì)算出q91=0.05375L/（s·m）。

3 計(jì)算成果分析

通過(guò)2種不同的判定方式，得出2種不同的曲線類型——對(duì)數(shù)型與拋物線型，作圖法與最小二乘法確定的待定系數(shù)結(jié)果一致，通過(guò)其相關(guān)方程換算出q91分別為0.04592L/（s·m）與0.05375L/（s·m），兩者種判定方式獲得了不同的值，但相差不大，究其原因，可能是因?yàn)槌樗囼?yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源受降深、觀測(cè)誤差、施工技術(shù)等多重因素影響，不同判定方式，在數(shù)值應(yīng)用中也會(huì)造成一定的偏差，但評(píng)價(jià)結(jié)論一致為含水層富水性弱。

4 結(jié)束語(yǔ)

界溝煤礦LG11-3孔抽水試驗(yàn)施工方法合理，取得的成果可靠，利用該次抽水試驗(yàn)取得的水文地質(zhì)參數(shù)對(duì)單位涌水量進(jìn)行了合理?yè)Q算，換算得出“四含”富水性弱。為該煤礦“四含”下合理及安全開采提供了可靠的理論依據(jù)。通過(guò)該次換算過(guò)程分析，得出總結(jié)如下：

（1）抽水試驗(yàn)施工流程及每一個(gè)參數(shù)通過(guò)施工如何獲取。

（2）單位涌水量的換算中判定其類型方法有經(jīng)驗(yàn)方程法及作圖法。

（3）分析了不同的判定方法，產(chǎn)生不同換算值的影響因素。

（4）提出了待定系數(shù)a、b值的2種求解方法最小二乘法及圖解法。

（5）在作圖法中通過(guò)相關(guān)系數(shù)的比較，更加準(zhǔn)確的確定換算曲線類型。

（6）通過(guò)換算單位涌水量數(shù)據(jù)比較，拋物線型換算結(jié)果比對(duì)數(shù)型換算結(jié)果稍大一些，但一般不會(huì)對(duì)富水性類型評(píng)價(jià)產(chǎn)生較大影響。

[1]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

[2]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1997.

[3]蔣輝，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[4]孫尚云，王大設(shè)，等.基于Excel的鉆孔單位涌水量換算[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，33（3）.

[5]薛建坤，許進(jìn)鵬.鉆孔單位涌水量換算的探討[J].煤炭技術(shù)，2011，30（8）.

[6]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第28號(hào).煤礦防治水規(guī)定[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[7]MT/T 1163-2011煤礦床水文地質(zhì)勘查工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2012.

[8]安徽煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì).安徽省淮北煤田臨渙礦區(qū)界溝煤礦礦井地質(zhì)報(bào)告[R].2014.

P641.4

A

1004-5716(2016)12-0116-03

2016-02-26

2016-03-01

沈靜（1977-），女（漢族），安徽宿州人，助理工程師，現(xiàn)從事煤炭地質(zhì)報(bào)告編制工作。