新生界松散含水层抽水试验止水方法的研究：以祁东煤矿南部采区水文地质探查工程为例

王海波

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州234000)

两淮煤田绝大部分是被厚数百米的新生界松散层掩盖，根据岩性组合特征和含水层的富水性，从上至下，新生界松散层一般可划分为四个含水层(组)和三个隔水层(组)。各含水层之间通过弱透水层和“天窗”以越流的形式发生一定的水力联系，为一个多含水层系统。新生界底部第四含水层(俗称“底含”或“下含”)，直接覆盖在基岩各含水层之上，其富水性和透水性在空间上差异很大，它与基岩各含水层均有水力联系，特别是在浅部煤系砂岩裂隙含水层段有着密切的水力联系。受煤系地层尤其是浅部煤层开采影响，该含水层通过基岩原生裂隙和后期因矿井开采产生的裂隙与井下发生了水力联系，因而构成了矿井水害的水源之一。因此，对新生界底部含水层进行疏放降水和水害治理，是保证煤矿安全生产的一个有效途径，也是为合理留设防水煤柱高度，提高煤层的回采上限，最大解放和实现安全回收防水煤柱资源量，这已成为各煤矿的当务之急。而这些都需要靠掌握采区新生界松散层的的水文地质特征，掌握新生界含水层间的水力联系以及与煤系砂岩含水层间的水力联系，掌握大气降水与新生界各含水层的补给关系，掌握新生界含水层水位与井筒井壁淋水量的关系来实现。因此，需要通过对井田新生界进行水文地质勘探和抽水试验来掌握水文地质特征，通过施工水文长观孔、建立地下水动态观测网来掌握各含水层间的水力联系。那么，对抽水试验和长观孔目的层以外进行有效止水就显得至关重要，它决定了所获取的水文地质资料的真实性。

新生界松散含水层抽水试验止水方法有多种，目前我们最常用的有两种，一种是下入两路套管，先下一路套管对抽水目的层以上的地层进行封闭隔离，然后水泥固管止水，再下入一路套管(带过滤管)对目的层进行抽水。这种方法止水效果可靠，但是耗费管材材料多，如果采用“飞管”，则两路套管重叠段不少于20 m，中间置入橡胶止水垫，如处理不好，容易跑砂，造成抽水试验失败。一种是采用止水盘异径压力粘土止水法，即在抽水目的层以上选一比较厚的粘土隔水层，该层以上扩一较大的孔径(通常是250 mm)，该层以下扩一较小的孔径(通常是146 mm)，然后配好实管和过滤管(管径通常是108 mm)，下放套管使止水盘(直径通常是220 mm)坐实在该粘土层变径处。这种方法节省管材，但是止水盘上部丝扣处理不好很容易漏水，造成止水失败，导致抽水试验数据资料失真，即使抽水前止水检查合格，但如果该孔留作长观孔，时间长了，套管上部丝扣连接处还是容易漏水，造成观测的水位不真实，起不到动态观测的作用。正是基于此，本文通过对祁东煤矿南部采区水文地质探查工程SQ9孔新生界底部“四含”抽水试验止水方法的研究，提出了一种简便而有效的止水方法。

1 工程概况

1.1 设计目的要求

为了进一步了解祁东煤矿南部采区水文地质特征、完善矿井地下水动态观测系统，特在南部采区布置“四含”长观孔一个。孔号为SQ9，设计孔深430 m，终孔层位为基岩界面，抽水层位为新生界第四含水层。

1.2 地层及水文地质概况

祁东煤矿开采的煤田为新生界松散含水层覆盖下的隐伏煤田，煤系地层属石炭—二叠系，煤系基底为奥陶系石灰岩。矿井直接充水含水层为煤系顶、底板砂岩裂隙含水层，主要充水水源为新生界底部的第四含水层和奥陶系灰岩含水层。新生界松散层厚88～453 m，从上至下，可划分为四个含水层(组)和三个隔水层(组)。第一、二、三含水层(组)下方有80～100 m的第三隔水层，隔断了与“四含”的直接联系，井田内“四含”厚0～80 m，岩性主要为棕红色和黄色的中细砂、粘土质砂及灰色和红色的砾石，砂层主要成分为石英、长石，含少量暗色矿物，砾石主要成分为石英，砂层和砾石厚度为0～59.11 m，平均厚度35～40 m。

本孔松散层厚 415.35 m，第三隔水层厚 92.35 m，“四含”厚度为71 m，砂层和砾石厚度(主要为砾石)为46.45 m。根据抽水试验资料，水位标高15.83 m，单位涌水量0.21～0.351 L/s·m，渗透系数 0.50 ～0.75 m/d，富水性中等。

2 研究内容

2.1 施工程序

(1)松散层开孔采用φ130 mm无芯钻头钻进至三隔底部(360 m)，再用φ110 mm取芯钻头取芯至终孔(430 m)，然后进行电测井，确定“四含”位置、扩孔深度及井壁管、滤水管、沉淀管及止水盘下置深度。

(2)基岩面以下用粘土止水，然后用φ250 mm扩孔钻头扩孔至三隔一层较厚的粘土层中部(338 m)，再用φ146 mm扩孔钻头扩孔至基岩界面下(417.48 m)，然后下置套管，在338 m处下置φ220 mm止水盘，然后进行水泥固管止水，检查止水合格和洗井后，进行稳定流抽水试验。

2.2 钻孔结构

(1)松散层“四含”抽水层上部下置 φ127 mm套管120.08 m，下部下置φ108 mm套管至415 m(套管长度294.92 m)，其中338 m以上孔径为φ250 mm，用φ220 mm止水盘止一、二、三含水，338 m至417.48 m孔径为φ146 mm。

(2)基岩段417.48 m至430 m孔径为φ110 mm裸孔，下管前该段投入粘土并捣实。钻孔结构见图1。

2.3 止水方法研究

采用止水盘异径压力粘土加注浆法，即在止水盘异径压力粘土止水方法上加以改进，即在止水盘上部第一根套管底部2 m预先留有洞眼(洞眼直径20 mm，共3排，每排2个洞眼之间的距离为200 mm)，止水盘下部第一根套管在地面上预制2 m水泥柱(选一2 m多的套管竖起来，将搅拌好的水泥砂浆灌入套管且等其凝固好)，然后配好实管和过滤管，下完套管使止水盘坐实后，下钻具至预留洞眼上(地面套管口用螺丝头封闭好)对止水盘以上地层进行水泥固管止水，侯凝2天后下小钻头将止水盘下的预制水泥柱透开，并用清水冲洗孔，然后起上钻具进行抽水试验(示意图如图2)。

图1 钻孔结构图

图2 示意图

3 结语

新生界松散层含水层抽水试验采用止水盘异径压力粘土加注浆法这种止水方法，比其它止水方法简便、容易操作，既使止水效果可靠，又节省了管材材料，而且作为水文长观孔，又增加了使用寿命，可以说该方法既经济，又实用。

［1］许光泉，葛晓光，赵宏海.桃园煤矿“四含”三维数值模型及疏放性研究［J］.安徽理工大学学报，2006，26(4)::17—23.

［2］孔一繁，汪永茂.安徽省祁东煤矿底砾含水层突水灾害成因与治理技术［J］.中国地质灾害与防治学报，2003，14(4):69—70.