直线图解法与恢复水位法在大淑村井田水文地质参数计算中的对比应用

王晓军

（河北省煤田地质局水文地质队，河北 邯郸 056200）

大淑村矿开采石炭、二叠系煤层，煤层埋藏深度达500～1 000 m，开采中受到水压高达4～10 MPa的下伏巨厚奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压水的潜在威胁。依照《大淑村矿防治水中长期规划》，为了查明矿井西部进水边界水文地质条件，人们在大淑村矿西翼进行井下放水试验[1]。

为了对比不同计算方法的适用性和可靠性，本次放水试验采用水位恢复法和直线图解法（Jacob 直线图解法），分别求取大淑村矿区水文地质参数。同时进行对比分析，选择最佳的计算结果，进行推广应用。

1 放水试验系统

大淑村矿西翼奥陶系石灰岩含水层放水试验系统是充分利用本矿和薛村矿已有的水文地质钻孔，由井下钻孔和地面钻孔两部分组成。通过调查分析最近矿井和当前课利用的水文地质钻孔和相应钻孔的空间分布情况以及涌水量等数据，优选O2 孔为代表来研究本次放水工作的试验孔位，并将研究调查区O2 附近的大观1、大观3 以及正西方位较远的大观2 和正东方的W25、W27 孔作为观测孔。根据W18 的特殊位置和井的形态构成等情况，确定该孔为越流补给观测孔[2]。上述不同方位的6 口井和钻孔覆盖了本矿区西部，可以控制下覆奥陶地层灰岩水力关系观测系统。

2 水文地质参数计算

2.1 地下水数学模型建立

根据地层岩性特征、地下水所处层位和顶底板岩性分析结果，大淑村矿区的地下水属于承压含水；位于矿区北部的胡峪断层为压扭性断层，作为侧向上的阻水断层，并且距离试验孔较远，所以对研究区内水头变化的影响较小。因此，该研究区的含水层及奥陶纪峰峰组石灰岩为一个无限延伸的含水层[3]。

参考区内已有静止水位观测数据，峰峰组含水层天然状态下水力坡度介于0.008 6%～0.618 0%，水力坡度较小，可以认为呈水平平衡状态；放水孔属于完整井定流量放水，孔径为0.075 m；水头下降所导致地下水从储存量中瞬时释放（如放水7 min 大观1孔水位下降0.27 m，6 min大观3孔水位下降0.43 m），含水层中地下水流服从达西定律（Darcy）。综上所述可知，峰峰组石灰岩含水层地下水基本符合泰斯公式（Theis）假设条件。

当放水时间t=0 时，渗流区域内任何一点的水头均为常数，其降深为零。在远离降落漏斗中心的区域，降深亦为零，根据Darcy 定律，放水孔处故而本次单孔定流量承压完整井流归纳为如下的参数模型：

利用上述参数公式建立的模拟模型可用作计算水文地质参数。

2.2 水文地质参数计算

在整个放水试验过程中，流量和水位需要从正式放水初期一直到恢复水位采用非稳定流进行动态观测，即流量、水位加密观测。其取得观测资料较系统、精度高，足以满足非稳定流试验要求，可以求解出准确的水文地质参数。

2.2.1 直线图解法求水文地质参数

本研究的试验解析法主要根据雅柯布（Jacob）近似公式来求解，公式为：

其具体求解水文地质参数的做法是，用累计观测时间和相应的水位降深值在单对数纸上作s～lgt关系曲线图，用直线把吻合较好点连起来，直线与t轴相交一点，求得截距t0。直线斜率可在图中的时间t的对数坐标轴上截取一个对数周期，使Δlgt=1，或用计算的方法求出。

作两条平行于纵轴的线，截取一直线段，其直线段在纵轴上的投影长度就等于直线斜率。即由式（7）、式（8）可以计算出导水系数T。

由s～lgt关系曲线图，当s=0 时，横轴上的截距为t0。计算公式为：

本次井下放水试验水位观测资料完整系统，同一观测孔中不同时间连续观测的水位降深值，满足非稳定流直线图解法求水文地质参数的要求。

根据放水试验观测资料，用大观1、大观2、大观3、W25、W27 孔的累计时间和水位降深值，分别在单对数纸上作s～lgt曲线（见图1）[4-5]。

图1 直线图解法求解水文地质参数示意图

采用上述方法和计算公式即可求得导水系数T及储水系数S。

2.2.2 水位恢复法求水文地质参数

水位恢复法求水文地质参数，是根据放水试验停止以后，用不同时刻的剩余降深值来计算水文地质参数T和S的方法。由于水位恢复过程排除了放水（抽水）过程中一些因素的干扰，因而恢复水位的降深～时间曲线一般比较规则，所求得的水文地质参数比较接近实际情况。故选择水位恢复法求水文地质参数。同时也可与直线图解法相互验证。

利用式（10）可求出储水系数S。

3 结论

求解的水文地质参数正确与否，直接影响到奥陶系中统峰峰组石灰岩含水层的评价和矿井涌水量的预算。本次求解水文地质参数用非稳定流直线图解法（Jacob 直线图解法）和水位恢复法求解水文地质参数T和S。两种求解法所求得的水文地质参数如表1所示。

表1 水文地质参数求解成果对比

由表1可知，本次利用的水位恢复法和直线图解法所分别得到导水系数（T）数值相近，并且二者数据最大差值仅为0.146 4，根据数据分析和地质特征方面综合考虑，所求的导水系数（T）能够真实、准确地反映含水层水文地质特征。造成试验结果中储水系数（S）相差较大的原因是，本次放水试验不满足“放水持续时间tp较长而恢复时间较短”的前提条件，故恢复水位法所求取的储水系数（S）仅供参考。综上所述，以直线图解法求得的导水系数（T）和储水系数（S）作为评价含水层的依据是适宜的。