煤炭水文地質勘查如何減少抽水試驗結果誤差

李衛

【摘 要】 抽水試驗是煤炭水文地質勘查中的一種重要手段，主要目的是為了了解所抽水層段的水文地質參數。但由于各種因素，目前煤炭水文地質勘查中，通過抽水試驗所得出的結果往往與實際參數有一定誤差。本文就如何預防和減小抽水試驗中產生的誤差提出一些建議，為煤炭水文地質勘查抽水試驗工作提供一些參考。

【關鍵詞】煤炭水文地質勘查；抽水試驗；動水位；降深

導言

目前在煤炭水文地質勘查中，由于受環境、場地、經費等因素影響，所采取的抽水試驗大多數為單孔抽水試驗，所取得的資料僅為單孔的涌水量和水位資料。因此，在煤炭地質勘查中，抽水試驗的主要目的就是為了了解所抽水層段的水文地質參數。但是，往往在實際的抽水過程中，所得出的參數誤差相對較大。如何使抽水試驗所得參數計算的結果更近于實際參數，是水文地質工作者面臨的一個問題。

一、鉆孔的選擇

想要使單孔抽水試驗的成果更接近于整個勘查區的水文地質條件，選擇抽水試驗的鉆孔是關鍵。選擇作抽水試驗的鉆孔孔深不能太深，如果太深了，抽水的設備就難以達到要求，影響試驗數據； 然后是鉆孔所在位置，抽水試驗鉆孔盡量不要布置在山上和太靠近河流、水庫、斷層的位置，這些地段進行抽水試驗，所得數據并不具備代表性，應盡量選擇在接近整個勘查區最低侵蝕基準面且地勢相對較緩的位置，這樣抽水試驗使鉆孔水位降低時，影響半徑可以覆蓋更廣的面積，地下水流態特征更接近煤礦床排水時的地下水特征。

二、設計審查質量控制

（一）審查水文孔抽水試驗設計

對57 個水文孔抽水試驗設計和四組群孔抽水試驗方案全部進行了認真審查。經審查設計和方案中存在錯項和漏項，對發現的問題立即指出，施工方及時對設計和方案中錯誤及不足進行了糾正和補充完善，確保了設計的準確性和完整性。

（二） 審查下管設計

審查了57 個水文孔106 個抽水層段下管設計，特別是對志丹群抽水層段排管設計進行了嚴格審查。發現志丹群抽水層段排管設計欠合理并存在花管偏少問題，主要原因是地質編錄與測井解釋巖性有矛盾及施工單位準備的花管偏少。監理及時糾正了排管設計欠合理及花管偏少的問題。

三、盡量選擇完整井進行抽水試驗

煤炭水文地質勘查抽水試驗對含煤地層進行抽水時，應盡量選擇完整井。由于煤炭地質勘探抽水試驗主要目的是為了了解含煤地層的水文地質參數，為預測礦井涌水量和礦坑疏干排水方案提供依據。因此，選擇一完整含煤地層進行抽水試驗得出的結果是最能代表勘查區含煤地層的水文地質參數的。而非完整井由于井內的含煤地層不全，所取得的參數只能代表局部含煤地層的水文地質特征。因此，在條件允許的情況下，應盡量采用完整井進行抽水試驗。

四、抽水試驗鉆孔的孔徑應滿足要求

鉆孔孔徑越大，抽水試驗所得數據越具代表性。但在實際生產中，由于受各種因素影響，抽水試驗鉆孔的孔徑一般不會太大，這對抽水試驗所取得的參數會有一定的影響。抽水試驗規程里規定，抽水試驗鉆孔最低孔徑不能低于110mm，但在施工條件相對復雜的地區，單孔抽水鉆孔最低孔徑可以放低到91mm，低于這個孔徑的抽水試驗成果，本人建議只能是作為參考使用。

五、抽水試驗鉆孔止水必須滿足要求

抽水試驗鉆孔在對含煤地層進行抽水試驗時，必須對上覆和下伏地層進行有效止水。由于鉆孔揭穿的地層往往不止含煤地層，還包括上覆和下伏的巖層，這些巖層的水文地質條件和含煤地層的水文地質條件差別較大，有些屬強含水層，有些則屬弱含水層，性質不一。因此，作抽水試驗必須將此類含水層在抽水孔內將其隔開，尤其是強含水層，如果止水效果差，強含水層中的地下水則會通過鉆孔孔壁縫隙通道進入含煤地層，作抽水試驗時，所抽水的流量就比正常的含煤地層的地下水涌水量大，影響數據結果的準確性。

六、抽水試驗時含煤地層須有濾管隔離

由于含煤地層巖性組合較多，有巖體相對完整的細砂巖、泥質灰巖等，也有巖體完整性差的泥巖、粉砂質泥巖、煤層等，抽水過程中當地下水被抽水設備抽出后，受風化作用及地下水重力失衡影響，容易造成孔壁巖體及煤層垮塌、崩解或膨脹，阻礙抽水時地下水徑流通道，對抽水試驗結果產生影響。

七、選擇適合的抽水試驗設備

抽水試驗設備有很多種，例如提桶、汲入式水泵、拉桿式水泵、往復式水泵、射流式水泵、深井泵、空氣壓縮機等。這些設備都具有各自的優缺點，但在煤炭水文地質勘查抽水試驗中，采用得最多且所得數據誤差相對較小的就是深井泵，深井泵可在深水位地區作大降深、長時間的抽水，出水均勻，資料可靠，且節省人力。因此，本人建議煤炭水文地質勘查抽水試驗宜采用深井泵進行抽水。

八、通過試抽確定降深的合理性

正式抽水試驗前，需作一次試抽水，時間不能少于8 小時，以便了解設備能力及孔內單位涌水量的情況，并確定抽水試驗的降深。確定合理的降深，除了使試驗不超過設備的抽水能力，還能使后期抽水過程中繪制的Q = f（ S） 、q = f（ S） 曲線更趨合理，減少錯誤。

九、嚴格按照抽水試驗規程進行水位和流量觀測

抽水試驗過程中，必須嚴格按照抽水試驗規程對水位和流量進行觀測，以保證數據的準確。抽水前及抽水過程中，應經常校正水位測繩的深度記號，若發現誤差應及時修正。在抽水過程中遇有大雨，并對水位、流量觀測產生影響時，應暫停抽水，恢復抽水過程也須按抽水試驗規程要求進行。

十、通過現場資料整理發現錯誤

在抽水過程中，必須隨時繪制Q = f（ S） 、q = f（ S）曲線，以便及時發現和糾正抽水發生的錯誤。見下圖，圖中曲線： Ⅰ—承壓水； Ⅱ—潛水或承壓水受管壁（ 包括過濾器） 阻力和三維流、紊流的影響； Ⅲ—水源不足或過水斷面在抽水過程中受到阻塞； Ⅳ—當吸水籠頭放置在過濾器進水部位以上時，表明抽水試驗有錯誤，應重作試驗； Ⅴ—表明某一降深以下S 增大，而Q 不變，多屬降深過大所造成。

十一、室內資料整理時選用合理的公式

1.由于抽水時過濾管壁的摩阻和水力坡度的增加，產生井孔內三維流和紊流，出現Q—S 關系曲線上的Ⅱ、Ⅳ型時，需對降深S 值加以修正后，再作參數計算。否則，計算出的滲透系數K 偏小。修正值S' = S °” βQ2

式中： Si - 第i 次抽水時孔內水位下降值（ m）Si + 1 - 第i + 1 次抽水時孔內水位下降值（ m）Qi—第i 次抽水時的流量（ L /s）Q i + 1—第i + 1 次抽水時的流量（ L /s）當曲線為Ⅱ型時，公式中的修正值為- βQ2 ； 當曲線為Ⅳ型時，修正值為+ βQ2。

2. 地下水流的狀態。首先要區別潛水和承壓水，其次要判定是層流還是紊流運動。計算時應注意： 當承壓水頭高出含水層頂板小于2m，或上覆隔水層是弱透水層，而抽水降深很大時，一般都按潛水或有壓轉無壓公式計算。

十二、結束語

煤炭水文地質勘查抽水試驗中，鉆孔的選擇、抽水試驗的各個環節、資料的整理等都將影響抽水試驗所得出的最終結果。因此，作為水文地質工作者，必須以嚴謹認真的態度對待每次抽水試驗，使抽水試驗最終得出的結果趨于原始性，為評價勘查區水文地質條件提供最直接的依據。

參考文獻：

[1]水文地質手冊[M]. 地質出版社.

[2]煤炭資源地質勘探抽水試驗規程[S]. 中華人民共和國煤炭工業部.

[3]國家安全生產監督管理總局. MT/T1091 - 2017（1）：87.endprint