孫建西 付應(yīng)凱 王 波

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 新泰 271233）

1 概況

伊犁一礦位于新疆伊犁哈薩克自治州西南部察布查爾錫伯自治縣南30 km， 試采煤層為5 煤，煤層厚度9.20～23.95 m，平均厚度19.21 m。本區(qū)位于天山山前，沖洪積層接受天山雪融水直接補(bǔ)給，地下水補(bǔ)給充沛,徑流條件較好。5 煤底板隔水層薄，承壓高，富水性好，且補(bǔ)給、徑流條件復(fù)雜，對5煤開采威脅大，水文地質(zhì)參數(shù)、疏降可行性、涌水量等還有待進(jìn)一步查明。

通過水文補(bǔ)勘，結(jié)合已有水文孔，針對各主要充水含水層開展“大流量、大降深、長延時(shí)”群孔抽（放）水試驗(yàn)，以充分暴露各含水層的補(bǔ)給條件、邊界條件。利用抽（放）水試驗(yàn)資料，進(jìn)一步求取各含水層水文地質(zhì)參數(shù)。設(shè)計(jì)FS1、FS2、FS3、FS4 四個(gè)底板放水孔及兩個(gè)觀測孔GC1 和GC2，四個(gè)放水孔集中放水不僅能形成“大流量、大降深、長延時(shí)”的疏放效果，而且在高強(qiáng)度放水條件下，充分暴露研究區(qū)水文地質(zhì)條件，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2 解析法求參

5 底砂含水層未被完全揭穿，因此，在計(jì)算5底砂水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)，按照非完整井穩(wěn)定流計(jì)算。對5 底砂放水試驗(yàn)而言，利用觀測孔放水階段的數(shù)據(jù)，考慮井壁進(jìn)水和井底進(jìn)水兩階段，采用非完整井巴布什金公式對其求參，公式如下：

式中：Q為鉆孔放水時(shí)流量，m3/d；s為水位降深，m；l 為放水孔進(jìn)入含水層的厚度，m；r 為放水孔半徑，m；K 為滲透系數(shù)，m/d。

由于非完整井巴布什金公式是針對的單孔無觀測孔的推導(dǎo)公式，并不適用于群孔放水試驗(yàn)。將群孔放水試驗(yàn)概化為一個(gè)“單孔放水”，其流量為群孔放水的總流量80 m3/h，降深為放水中心FS2 的降深52 m，各放水孔的平均半徑rw為0.046 3 m，各個(gè)放水孔平均進(jìn)尺為22.4 m，見表1。

表1 放水鉆孔平均進(jìn)尺及孔徑表

將各參數(shù)的值代入上式，求得K=1.352 m/d。

3 配線法求參

（1）配線法原理

由于放水階段流量并不穩(wěn)定，對于非穩(wěn)定流求參，一般按照Theis 公式或其變形式Jacob 公式進(jìn)行求參，公式如下：

式中：S為水位降深，m ；Q為放水孔流量，m3/d；T 為導(dǎo)水系數(shù)，T=KM；t 為自放水開始至計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間，d；r 為計(jì)算點(diǎn)到放水孔的距離，m；μ*為含水層的儲(chǔ)水系數(shù)，μ*=μsM；M 為含水層厚度，m；W（u）為Theis 井函數(shù)。

（2）參數(shù)計(jì)算

對于5 底砂含水層而言，群孔放水試驗(yàn)，在用配線法求取T、u 時(shí)無法分別獲取各個(gè)放水孔對觀測孔產(chǎn)生的降深，故可將FS1、FS3、FS4、GC1 和5 底砂Sy-9 看作一個(gè)大流量的單個(gè)抽水孔，穩(wěn)定流量為80 m3/h，利用配線來求取參數(shù)。

利用FS2 觀測孔的時(shí)間-降深（s-t）曲線求取參數(shù)，F(xiàn)S2 距放水中心的距離為96 m，放水開始到第5760 min 水位穩(wěn)定，穩(wěn)定降深52 m。如圖1 所示。

圖1 FS2 觀測孔Theis 配線圖

求得：T=19.234 m2/d，K=T/M=0.86 m/d。

利用GC2 觀測孔的時(shí)間-降深（s-t）曲線求取參數(shù)，GC2 距放水中心的距離為80m ，放水開始到第5760 min 水位穩(wěn)定，穩(wěn)定降深68 m。如圖2 所示。

圖2 GC2 觀測孔Theis 配線圖

求得：T=8.8 m2/d，K=T/M=0.395 m/d。

利用5 底砂x-2 觀測孔的時(shí)間-降深（s-t）曲線求取參數(shù)，5 底砂x-2 距放水中心的距離為356 m，放水開始到第4830 min 水位穩(wěn)定，穩(wěn)定降深35.4 m。如圖3 所示。

圖3 X-2 觀測孔Theis 配線圖

求得：T=15.28 m2/d，K=T/M=0.687 m/d。

在配線過程中發(fā)現(xiàn)，5 底砂所有觀測孔的s-t/r2曲線與Theis 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合均有明顯的下垂趨勢，并沒有與Theis 標(biāo)準(zhǔn)曲線完全重合，這可能是由于5 底砂抽水過程中，承壓含水層在重力釋水階段存在滯后效應(yīng)造成的，即Boulton 滯后效應(yīng)，故采用Boulton 模型進(jìn)行配線法求參。如圖4 所示。

圖4 FS2 觀測孔Boulton 配線圖

FS2 求得：T=16.75 m2/d，K=T/M=0.747 m/d。

圖5 GC2 觀測孔Boulton 配線圖

GC2 求 得：T=8.01 m2/d，K=T/M=0.357 m/d。如圖5 所示。

圖6 X-2 觀測孔Boulton 配線圖

5底砂x-2求得：T=15.27 m2/d，K=T/M=0.68 m/d。如圖6 所示。

4 求參結(jié)果分析

利用解析法和配線法求得的滲透系數(shù)K 為0.357～1.352 之間，用解析法與配線法求取的參數(shù)差異2.5 倍左右，但Theis 配線和Boulton 配線法兩者之間求取的K 值基本接近，求得參數(shù)差異的主要原因是實(shí)際放水試驗(yàn)條件無法完全滿足兩種方法的理論條件造成的。綜上，將配線法求得K 值0.595～0.647作為推薦選用的參數(shù)。求參方法比較表見表2。

表2 求參方法比較表

5 結(jié)論

（1）通過解析法和配線法分別對礦井5 煤層底板弱膠結(jié)砂巖含水層滲透系數(shù)進(jìn)行了求取，并對兩種方法求取的參數(shù)進(jìn)行了對比分析，對含水層滲透性有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，為礦井5 煤層底板砂巖水害防治及類似條件的含水層水害防治提供了依據(jù)。

（2）通過兩種方法對比發(fā)現(xiàn)，由于配線法取得的參數(shù)是經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)擬合獲得，可靠性較高；其次，Theis 配線和Boulton 配線法取得的參數(shù)和以往5 底砂參數(shù)（K=0.765 m/d）相差不大。因此配線法求參更適合該礦井區(qū)域的5 煤層底板砂巖參數(shù)求取。