浅析抽水试验在确定水文地质参数中的计算及应用

张伟伟

（安徽省化工地质勘查总院，安徽 马鞍山 243000）

采用深井泵的试验方法，从下往上反向进行抽水试验。其基本原理是利用深水泵或者空压机等设备，将井底、井壁流入竖直井内的地下水抽出到井外，从而降低竖井的水位，而竖井壁外含水层中地下水在降落漏斗范围内，因水位差的作用使得水不断流入井筒内，逐渐在井壁附近形成了一个以井轴为中心的由小到大稳定的降落漏斗，出水量和水位降深同时达到相对稳定状态时，记录抽水时间、出水量等试验数据，采用合理的试验公式求得水文地质参数[1]。

1 实施程序

1.1 钻探实施过程

钻探使用HXY-4A 型岩芯钻机，岩层采用PHP 冲洗液护壁金刚石绳索取芯钻具钻进。钻孔的孔径Φ146mm 至设计深度终孔，钻孔弯曲度采用KXP-3D 型无线数字罗盘测斜仪20m ～30m 测量一次，终孔后测量一次，测出钻孔的顶角和方位角并记录，经计算测点偏移孔口距离最大为1.28m，钻孔斜率<1.00，质量符合要求。钻孔钻进过程中每100m 孔深校正一次，另在钻进下套管前以及钻探施工结束后分别测一次。钻进时对冲洗液的损耗量以及每回次提钻后下钻前的动水位进行动态测量，终孔后测量记录稳定水位；施工过程中观测并记录涌（漏）水、掉块、塌孔、缩（扩）径、逸气、涌砂等现象发生的深度。钻孔施工及水文试验结束后，将钻杆下入孔底后，用泥浆泵从钻杆内泵送水泥浆进行封孔，且在孔口位置设置标志。钻探记录规范清晰，岩芯严格按照规范要求摆放标注，施工结束后统一运送到指定岩芯库进行封存。本次实际完成回风井钻探孔深为290.8m。

1.2 地层岩性分析

根据钻探资料及土工、岩石试验结果并参照物探测井资料，按工程地质特征，地层分为12 层，从上到下依次为可塑状粉质粘土、稍密状细沙、中密状砾砂、软塑状粉质粘土、密实状中砂、密实状角砾、安山岩（强风化）、角砾岩（强风化）、断层破碎带、膏化凝灰岩（中风化）、磁铁矿和泥质粉砂岩（微风化）。

2 含水层划分

根据地层的厚度、岩性、简易水文观测、物探及施工动态监测等工作，回风井的含水层划分为五段，分别是（Ⅰ）断层破碎带与磁铁矿、（Ⅱ）断层破碎带、（Ⅲ）强风化基岩、（Ⅳ）第四系承压水、(Ⅴ)第四系潜水。

本文以（Ⅳ）第四系承压水（主要分布在第5 层中砂、第6 层角砾，含水层位于孔深39.20m ～48.20m 处，该层地下水的类型为承压水）以及(Ⅴ)第四系潜水（主要分布于第2 层细砂、3 层砾砂，含水层位于孔深2.60m ～33.80m 处，该层地下水的类型为孔隙潜水）的抽水试验数据为例。

3 抽水试验

3.1 试验方法

根据地层情况，本次采用深井泵，由下至上通过完整孔稳定流反向试验法进行抽水。施工过程中根据含水层数量确定了抽水试验实施方案，最底含水层先进行抽水试验，然后从下往上分层水泥灌浆封孔，做各层的抽水试验。每段含水层需进行3 次降深试验，先实行大降深，待水位恢复到初始稳定水位后进行下一次降深抽水，依次完成。水位观测间隔时间为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min，以后每30min 观测一次井内水位，抽水稳定时间不应小于8h。钻孔出水量、水位波动不大于1%，涌水量波动小于平均值的5%[2]。

根据含水层位置，一段抽水试验结束后，需进行该含水层水泥浆灌浆封堵，进行上一段的抽水试验，本文两段抽水封堵试验的情况如下：

第Ⅳ试 段：封 孔 至55m 处，0m ～35.0m 为Φ127 套 管，35.0m ～48m 为Φ110 过滤管（过滤器38m ～48m），水泵位于42m 处。

第Ⅴ试 段：封 孔 至35m 处，0m ～2.6m 为Φ127 套 管，2.6m ～33.5m 为Φ110 过滤管（过滤器23.5m ～33.5m），水泵位于28m 处。

3.2 计算依据

（1）本次回风井抽水试验为单孔，无观测孔，对于抽水试验第Ⅴ段，地下水的类型为潜水，试验段长度（进水段）需完全覆盖含水层段，抽水试验时，出水量和动水位同时出现稳定，且达到一定延续时间不少于8 小时，故按潜水完整井稳定流确定计算参数[3]。选择下式计算。

潜水完整井稳定流抽水试验公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；S—水位降深(m)；K—含水层渗透系数(m/d)；H—自然情况下潜水含水层的厚度(m)；h—潜水含水层在抽水试验时的厚度(m)；r—抽水孔的半径(m)。

R—影响半径(m)，其值可用公式：

图1 潜水完整井稳定流抽水试验示意图

（2）对于抽水试验第Ⅳ段，地下水类型为承压水，试验段长度（进水段）完全覆盖含水层段，抽水试验时，出水量和动水位同时出现稳定，且达到一定延续时间不少于8 小时，故按承压水完整井稳定流即裘布依稳定流公式确定计算参数[1]。选择下式计算。

承压水完整井稳定流抽水试验公式：

式中：Q—抽水流量(m3/d)；K—含水层渗透系数(m/d)；M—含水层厚度(m)；S—水位降深(m)； r—抽水孔的半径(m)。

R—影响半径(m)，其值可用公式：

图2 承压水完整井稳定流抽水试验示意图

3.3 抽水试验成果表及成果图

表1 风井第四系承压水层抽水试验基本数据和计算成果表

图3 （Ⅳ试段）风井第四系承压水层抽水试验成果表及成果图

表2 风井第四系上层潜水抽水试验基本数据和计算成果表

图4 （Ⅴ试段）风井第四系潜水层抽水试验成果表及成果图

3.4 含水层特征分析

综合钻孔岩性编录、简易水文观测、现场抽水试验等工作，风井水文地质特征，概述如下：

(Ⅳ) 第四系承压水：第四系承压水主要分布在第5 层中砂、第6 层角砾。该层地下水类型为承压水，含水层位置39.20m ～48.20m，静水位埋深5.33m，标高1.10m。作为试验段进行抽水试验，钻孔最大涌水量Q=48.288m3/d，最大降深为6.52m，钻孔单位涌水量q=0.16216L/s·m，渗透系数K=1.3121m/d，该层属于中等富水性含水层。

(Ⅴ)第四系潜水：第四系潜水主要分布于第2 层细砂、3 层砾砂。该层地下水类型为孔隙潜水，含水层位置2.60m ～33.80m，静水位埋深2.60m，标高3.83m。作为试验段进行抽水试验，钻孔最大涌水量Q=155.524m3/d，最大降深为5.05m，钻孔单位涌水量q=0.35644L/s·m，渗透系数K=1.12m/d，该层属于中等富水性含水层。

4 结语

根据地层钻孔岩性、厚度、简易水文观测及物探测井等工作确定含水层，通过现场分段反向抽水试验，以Ⅳ试段第四系承压水和Ⅴ试段第四系潜水的抽水试验数据为例。依据国家和行业标准选取合理的计算公式，选择潜水完整井稳定流抽水试验公式和承压水完整井稳定流公式得到水文地质参数中关键的渗透系数K、涌水量Q 和单位涌水量q 等参数，判定回风井第Ⅳ、Ⅴ试段为中等富水性含水层，为后期施工制定专项、可行的防治水方案提供了理论依据。