淺析抽水試驗在確定水文地質參數中的計算及應用

張偉偉

（安徽省化工地質勘查總院，安徽 馬鞍山 243000）

采用深井泵的試驗方法，從下往上反向進行抽水試驗。其基本原理是利用深水泵或者空壓機等設備，將井底、井壁流入豎直井內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，因水位差的作用使得水不斷流入井筒內，逐漸在井壁附近形成了一個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達到相對穩(wěn)定狀態(tài)時，記錄抽水時間、出水量等試驗數據，采用合理的試驗公式求得水文地質參數[1]。

1 實施程序

1.1 鉆探實施過程

鉆探使用HXY-4A 型巖芯鉆機，巖層采用PHP 沖洗液護壁金剛石繩索取芯鉆具鉆進。鉆孔的孔徑Φ146mm 至設計深度終孔，鉆孔彎曲度采用KXP-3D 型無線數字羅盤測斜儀20m ～30m 測量一次，終孔后測量一次，測出鉆孔的頂角和方位角并記錄，經計算測點偏移孔口距離最大為1.28m，鉆孔斜率<1.00，質量符合要求。鉆孔鉆進過程中每100m 孔深校正一次，另在鉆進下套管前以及鉆探施工結束后分別測一次。鉆進時對沖洗液的損耗量以及每回次提鉆后下鉆前的動水位進行動態(tài)測量，終孔后測量記錄穩(wěn)定水位；施工過程中觀測并記錄涌（漏）水、掉塊、塌孔、縮（擴）徑、逸氣、涌砂等現象發(fā)生的深度。鉆孔施工及水文試驗結束后，將鉆桿下入孔底后，用泥漿泵從鉆桿內泵送水泥漿進行封孔，且在孔口位置設置標志。鉆探記錄規(guī)范清晰，巖芯嚴格按照規(guī)范要求擺放標注，施工結束后統一運送到指定巖芯庫進行封存。本次實際完成回風井鉆探孔深為290.8m。

1.2 地層巖性分析

根據鉆探資料及土工、巖石試驗結果并參照物探測井資料，按工程地質特征，地層分為12 層，從上到下依次為可塑狀粉質粘土、稍密狀細沙、中密狀礫砂、軟塑狀粉質粘土、密實狀中砂、密實狀角礫、安山巖（強風化）、角礫巖（強風化）、斷層破碎帶、膏化凝灰?guī)r（中風化）、磁鐵礦和泥質粉砂巖（微風化）。

2 含水層劃分

根據地層的厚度、巖性、簡易水文觀測、物探及施工動態(tài)監(jiān)測等工作，回風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）強風化基巖、（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）的抽水試驗數據為例。

3 抽水試驗

3.1 試驗方法

根據地層情況，本次采用深井泵，由下至上通過完整孔穩(wěn)定流反向試驗法進行抽水。施工過程中根據含水層數量確定了抽水試驗實施方案，最底含水層先進行抽水試驗，然后從下往上分層水泥灌漿封孔，做各層的抽水試驗。每段含水層需進行3 次降深試驗，先實行大降深，待水位恢復到初始穩(wěn)定水位后進行下一次降深抽水，依次完成。水位觀測間隔時間為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min，以后每30min 觀測一次井內水位，抽水穩(wěn)定時間不應小于8h。鉆孔出水量、水位波動不大于1%，涌水量波動小于平均值的5%[2]。

根據含水層位置，一段抽水試驗結束后，需進行該含水層水泥漿灌漿封堵，進行上一段的抽水試驗，本文兩段抽水封堵試驗的情況如下：

第Ⅳ試 段：封 孔 至55m 處，0m ～35.0m 為Φ127 套 管，35.0m ～48m 為Φ110 過濾管（過濾器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 過濾管（過濾器23.5m ～33.5m），水泵位于28m 處。

3.2 計算依據

（1）本次回風井抽水試驗為單孔，無觀測孔，對于抽水試驗第Ⅴ段，地下水的類型為潛水，試驗段長度（進水段）需完全覆蓋含水層段，抽水試驗時，出水量和動水位同時出現穩(wěn)定，且達到一定延續(xù)時間不少于8 小時，故按潛水完整井穩(wěn)定流確定計算參數[3]。選擇下式計算。

潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；S—水位降深(m)；K—含水層滲透系數(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時的厚度(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)定流抽水試驗示意圖

（2）對于抽水試驗第Ⅳ段，地下水類型為承壓水，試驗段長度（進水段）完全覆蓋含水層段，抽水試驗時，出水量和動水位同時出現穩(wěn)定，且達到一定延續(xù)時間不少于8 小時，故按承壓水完整井穩(wěn)定流即裘布依穩(wěn)定流公式確定計算參數[1]。選擇下式計算。

承壓水完整井穩(wěn)定流抽水試驗公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；K—含水層滲透系數(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)定流抽水試驗示意圖

3.3 抽水試驗成果表及成果圖

表1 風井第四系承壓水層抽水試驗基本數據和計算成果表

圖3 （Ⅳ試段）風井第四系承壓水層抽水試驗成果表及成果圖

表2 風井第四系上層潛水抽水試驗基本數據和計算成果表

圖4 （Ⅴ試段）風井第四系潛水層抽水試驗成果表及成果圖

3.4 含水層特征分析

綜合鉆孔巖性編錄、簡易水文觀測、現場抽水試驗等工作，風井水文地質特征，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，標高1.10m。作為試驗段進行抽水試驗，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，標高3.83m。作為試驗段進行抽水試驗，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K=1.12m/d，該層屬于中等富水性含水層。

4 結語

根據地層鉆孔巖性、厚度、簡易水文觀測及物探測井等工作確定含水層，通過現場分段反向抽水試驗，以Ⅳ試段第四系承壓水和Ⅴ試段第四系潛水的抽水試驗數據為例。依據國家和行業(yè)標準選取合理的計算公式，選擇潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗公式和承壓水完整井穩(wěn)定流公式得到水文地質參數中關鍵的滲透系數K、涌水量Q 和單位涌水量q 等參數，判定回風井第Ⅳ、Ⅴ試段為中等富水性含水層，為后期施工制定專項、可行的防治水方案提供了理論依據。