張偉偉

（安徽省化工地質(zhì)勘查總院，安徽 馬鞍山 243000）

采用深井泵的試驗(yàn)方法，從下往上反向進(jìn)行抽水試驗(yàn)。其基本原理是利用深水泵或者空壓機(jī)等設(shè)備，將井底、井壁流入豎直井內(nèi)的地下水抽出到井外，從而降低豎井的水位，而豎井壁外含水層中地下水在降落漏斗范圍內(nèi)，因水位差的作用使得水不斷流入井筒內(nèi)，逐漸在井壁附近形成了一個(gè)以井軸為中心的由小到大穩(wěn)定的降落漏斗，出水量和水位降深同時(shí)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，記錄抽水時(shí)間、出水量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用合理的試驗(yàn)公式求得水文地質(zhì)參數(shù)[1]。

1 實(shí)施程序

1.1 鉆探實(shí)施過(guò)程

鉆探使用HXY-4A 型巖芯鉆機(jī)，巖層采用PHP 沖洗液護(hù)壁金剛石繩索取芯鉆具鉆進(jìn)。鉆孔的孔徑Φ146mm 至設(shè)計(jì)深度終孔，鉆孔彎曲度采用KXP-3D 型無(wú)線數(shù)字羅盤測(cè)斜儀20m ～30m 測(cè)量一次，終孔后測(cè)量一次，測(cè)出鉆孔的頂角和方位角并記錄，經(jīng)計(jì)算測(cè)點(diǎn)偏移孔口距離最大為1.28m，鉆孔斜率<1.00，質(zhì)量符合要求。鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中每100m 孔深校正一次，另在鉆進(jìn)下套管前以及鉆探施工結(jié)束后分別測(cè)一次。鉆進(jìn)時(shí)對(duì)沖洗液的損耗量以及每回次提鉆后下鉆前的動(dòng)水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，終孔后測(cè)量記錄穩(wěn)定水位；施工過(guò)程中觀測(cè)并記錄涌（漏）水、掉塊、塌孔、縮（擴(kuò)）徑、逸氣、涌砂等現(xiàn)象發(fā)生的深度。鉆孔施工及水文試驗(yàn)結(jié)束后，將鉆桿下入孔底后，用泥漿泵從鉆桿內(nèi)泵送水泥漿進(jìn)行封孔，且在孔口位置設(shè)置標(biāo)志。鉆探記錄規(guī)范清晰，巖芯嚴(yán)格按照規(guī)范要求擺放標(biāo)注，施工結(jié)束后統(tǒng)一運(yùn)送到指定巖芯庫(kù)進(jìn)行封存。本次實(shí)際完成回風(fēng)井鉆探孔深為290.8m。

1.2 地層巖性分析

根據(jù)鉆探資料及土工、巖石試驗(yàn)結(jié)果并參照物探測(cè)井資料，按工程地質(zhì)特征，地層分為12 層，從上到下依次為可塑狀粉質(zhì)粘土、稍密狀細(xì)沙、中密狀礫砂、軟塑狀粉質(zhì)粘土、密實(shí)狀中砂、密實(shí)狀角礫、安山巖（強(qiáng)風(fēng)化）、角礫巖（強(qiáng)風(fēng)化）、斷層破碎帶、膏化凝灰?guī)r（中風(fēng)化）、磁鐵礦和泥質(zhì)粉砂巖（微風(fēng)化）。

2 含水層劃分

根據(jù)地層的厚度、巖性、簡(jiǎn)易水文觀測(cè)、物探及施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等工作，回風(fēng)井的含水層劃分為五段，分別是（Ⅰ）斷層破碎帶與磁鐵礦、（Ⅱ）斷層破碎帶、（Ⅲ）強(qiáng)風(fēng)化基巖、（Ⅳ）第四系承壓水、(Ⅴ)第四系潛水。

本文以（Ⅳ）第四系承壓水（主要分布在第5 層中砂、第6 層角礫，含水層位于孔深39.20m ～48.20m 處，該層地下水的類型為承壓水）以及(Ⅴ)第四系潛水（主要分布于第2 層細(xì)砂、3 層礫砂，含水層位于孔深2.60m ～33.80m 處，該層地下水的類型為孔隙潛水）的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例。

3 抽水試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)地層情況，本次采用深井泵，由下至上通過(guò)完整孔穩(wěn)定流反向試驗(yàn)法進(jìn)行抽水。施工過(guò)程中根據(jù)含水層數(shù)量確定了抽水試驗(yàn)實(shí)施方案，最底含水層先進(jìn)行抽水試驗(yàn)，然后從下往上分層水泥灌漿封孔，做各層的抽水試驗(yàn)。每段含水層需進(jìn)行3 次降深試驗(yàn)，先實(shí)行大降深，待水位恢復(fù)到初始穩(wěn)定水位后進(jìn)行下一次降深抽水，依次完成。水位觀測(cè)間隔時(shí)間為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min，以后每30min 觀測(cè)一次井內(nèi)水位，抽水穩(wěn)定時(shí)間不應(yīng)小于8h。鉆孔出水量、水位波動(dòng)不大于1%，涌水量波動(dòng)小于平均值的5%[2]。

根據(jù)含水層位置，一段抽水試驗(yàn)結(jié)束后，需進(jìn)行該含水層水泥漿灌漿封堵，進(jìn)行上一段的抽水試驗(yàn)，本文兩段抽水封堵試驗(yàn)的情況如下：

第Ⅳ試 段：封 孔 至55m 處，0m ～35.0m 為Φ127 套 管，35.0m ～48m 為Φ110 過(guò)濾管（過(guò)濾器38m ～48m），水泵位于42m 處。

第Ⅴ試 段：封 孔 至35m 處，0m ～2.6m 為Φ127 套 管，2.6m ～33.5m 為Φ110 過(guò)濾管（過(guò)濾器23.5m ～33.5m），水泵位于28m 處。

3.2 計(jì)算依據(jù)

（1）本次回風(fēng)井抽水試驗(yàn)為單孔，無(wú)觀測(cè)孔，對(duì)于抽水試驗(yàn)第Ⅴ段，地下水的類型為潛水，試驗(yàn)段長(zhǎng)度（進(jìn)水段）需完全覆蓋含水層段，抽水試驗(yàn)時(shí)，出水量和動(dòng)水位同時(shí)出現(xiàn)穩(wěn)定，且達(dá)到一定延續(xù)時(shí)間不少于8 小時(shí)，故按潛水完整井穩(wěn)定流確定計(jì)算參數(shù)[3]。選擇下式計(jì)算。

潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；S—水位降深(m)；K—含水層滲透系數(shù)(m/d)；H—自然情況下潛水含水層的厚度(m)；h—潛水含水層在抽水試驗(yàn)時(shí)的厚度(m)；r—抽水孔的半徑(m)。

R—影響半徑(m)，其值可用公式：

圖1 潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)示意圖

（2）對(duì)于抽水試驗(yàn)第Ⅳ段，地下水類型為承壓水，試驗(yàn)段長(zhǎng)度（進(jìn)水段）完全覆蓋含水層段，抽水試驗(yàn)時(shí)，出水量和動(dòng)水位同時(shí)出現(xiàn)穩(wěn)定，且達(dá)到一定延續(xù)時(shí)間不少于8 小時(shí)，故按承壓水完整井穩(wěn)定流即裘布依穩(wěn)定流公式確定計(jì)算參數(shù)[1]。選擇下式計(jì)算。

承壓水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；K—含水層滲透系數(shù)(m/d)；M—含水層厚度(m)；S—水位降深(m)； r—抽水孔的半徑(m)。

R—影響半徑(m)，其值可用公式：

圖2 承壓水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)示意圖

3.3 抽水試驗(yàn)成果表及成果圖

表1 風(fēng)井第四系承壓水層抽水試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)和計(jì)算成果表

圖3 （Ⅳ試段）風(fēng)井第四系承壓水層抽水試驗(yàn)成果表及成果圖

表2 風(fēng)井第四系上層潛水抽水試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)和計(jì)算成果表

圖4 （Ⅴ試段）風(fēng)井第四系潛水層抽水試驗(yàn)成果表及成果圖

3.4 含水層特征分析

綜合鉆孔巖性編錄、簡(jiǎn)易水文觀測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)等工作，風(fēng)井水文地質(zhì)特征，概述如下：

(Ⅳ) 第四系承壓水：第四系承壓水主要分布在第5 層中砂、第6 層角礫。該層地下水類型為承壓水，含水層位置39.20m ～48.20m，靜水位埋深5.33m，標(biāo)高1.10m。作為試驗(yàn)段進(jìn)行抽水試驗(yàn)，鉆孔最大涌水量Q=48.288m3/d，最大降深為6.52m，鉆孔單位涌水量q=0.16216L/s·m，滲透系數(shù)K=1.3121m/d，該層屬于中等富水性含水層。

(Ⅴ)第四系潛水：第四系潛水主要分布于第2 層細(xì)砂、3 層礫砂。該層地下水類型為孔隙潛水，含水層位置2.60m ～33.80m，靜水位埋深2.60m，標(biāo)高3.83m。作為試驗(yàn)段進(jìn)行抽水試驗(yàn)，鉆孔最大涌水量Q=155.524m3/d，最大降深為5.05m，鉆孔單位涌水量q=0.35644L/s·m，滲透系數(shù)K=1.12m/d，該層屬于中等富水性含水層。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)地層鉆孔巖性、厚度、簡(jiǎn)易水文觀測(cè)及物探測(cè)井等工作確定含水層，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分段反向抽水試驗(yàn)，以Ⅳ試段第四系承壓水和Ⅴ試段第四系潛水的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例。依據(jù)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取合理的計(jì)算公式，選擇潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)公式和承壓水完整井穩(wěn)定流公式得到水文地質(zhì)參數(shù)中關(guān)鍵的滲透系數(shù)K、涌水量Q 和單位涌水量q 等參數(shù)，判定回風(fēng)井第Ⅳ、Ⅴ試段為中等富水性含水層，為后期施工制定專項(xiàng)、可行的防治水方案提供了理論依據(jù)。