非完整矿井稳定流抽水试验分析研究

张小兴，张 影

（江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 33001）

1 生产井背景

生产井所处地形地貌基本为滨湖平原，区域地层主要为前震旦系双桥山群、石炭系下统华山岭组、二叠系上统长兴组、第四系中更新统和全新统冲积层。该井水源为孔隙水。生产井口标高为18m。水源来自第四系全新统冲积层地层，矿区内第四系全新统冲积层地层上部为厚度6m～7m的粉质粘土，中部为厚度14.5m的中粗砂层，下部为厚度13.17m的砂砾卵石层，下部与中部夹0.7m厚的粘土或粉质粘土透镜体。

生产井上部的粘土层为隔水层，中部的中粗砂层含水层较弱，下部砂砾卵层含水层强。该生产井以下部砂砾卵层作为抽水含水层，该含水层为承压含水层，含水层厚度13.17m砂砾卵石层，含水层顶底板标高为-4.20m～-17.37m。抽水筛管安装在埋深27m～34m处，生产井其它部位都已进行止水处理[1]。

2 抽水试验技术要求

（1）进行正式抽水时，首先应准备好抽水设备、动力设备，这是能保证正常抽水的前提条件。采用电流表进行水位测试，井流量测试方法是用流量表和三角堰来测量。

（2）在正式抽水前均应作试验抽水。试验抽水前，应对抽水含水层（段）反复进行抽洗，直至孔内出水澄清无沉淀物时为止。试验抽水应作一次最大降深，初步了解水位降低值与涌水量的关系，以便正式抽水时合理选择水位的降深。试验过程的全部资料必须有正式记录。

（3）稳定流抽水试验要求没3次降深值，最大降深值（smax），2/3smax，1/3smax。本次抽水试验为承压水稳定抽水试验，对承压水应该接近而不低于含水层顶板，其它两次间距应大体均匀。

（4）水位降低顺序：基岩含水层一般宜先深后浅，松散含水层宜先浅后深，逐次进行。

（5）第一次水位降深的延续时间不得少于24h，其余各点降深的延续时间不作具体规定。各点降深的稳定时间必须达8h。有观测孔时，应以最远观测孔稳定2h为准。有特殊要求时应适当延长。

（6）抽水孔的动水位和流量的观测，必须同时进行。开始一般应按每隔5min～15min观测一次，延续1h后，可每隔30min观测一次，直至抽水结束。观测孔水位的观测应与主孔水位同时进行，不得提前或延后。在抽水前及抽水过程中，应经常校正测绳的深度记号，若发现误差应及时修正。

（7）试验需测水温，同时取水样。

（8）抽水试验应延续进行。如抽水中断，而中断前已超过6h，且中断时间不超过1h，则中断前的抽水时间仍可计入延续时间内，否则一律作废。在中断抽水时间内，应按观测稳定（静止）水位的要求观测水位（包括观测孔），直到重新抽水为止。

3 抽水试验过程

为确定生产井的允许开采量并取得有关数据，于2013年4月进行抽水试验。该生产井位于F5压扭性断层上盘，井深73.00m。抽水含水段位于第四系下部砂砾卵石层，为第四系承压含水层，即井深22.20m～35.37m，含水段厚度13.17m。静止水位埋深3.10m，承压水头高度19.1m。采用潜水泵对该生产井进行三次降深非完整井稳定流抽水试验[2,3]。

3.1 抽水过程

A 丰水期（2013年4月）。

第一次降深（S1）从2013年4月24日10时开始，2013年4月25日13时完成，历时28时，稳定时间25时30分，动水位11.55m，降深8.45m，稳定流量5.25L/S。

第二次降深（S2）从2013年4月25日19时开始，2013年4月26日7时完成，历时12时，稳定时间11时30分，动水位8.4m，降深5.2m，稳定流量4.35L/S。

第三次降深（S3）从2013年4月26日14时开始，2013年4月26日23时完成，历时9时，稳定时间8时30分，动水位5.8m，降深2.7m，稳定流量2.85L/S。

抽水试验结束后，立即进行恢复水位观测，停泵后30分钟，水位恢复至埋深3.10m，且稳定。（见图1）。

3.2 抽水曲线确定

本次抽水试验涌水量——降深、单位涌水量——降深数据见表1、2，图见图2、3。

图2 Q-s曲线图

表1 流量、降深一览表

表2 单位涌水量、降深一览表

图3 q-s曲线图

根据Q-s曲线计算曲线的曲度值：

根据《水文地质手册》判定该抽水试验Q-s曲线为指数型，公式采用：

通过表5-4抽水试验数据计算出lga=0.21; m=0.55，即该抽水试验Q-s曲线公式为lgQ=0.21+0.55lgs

3.3 抽水参数计算

本次抽水试验为非完整井稳定流抽水试验，所以本次抽水参数计算采用非完整井稳定流公式进行计算（本次计算采用最大降深进行计算），公式如下：

采用迭代法进行计算，先取R=100m，代入公式可得K=6.52m/d，将K值代入得到R=215.2m；以此类推，最终得到抽水含水层的渗透系数K=7.0m/d，影响半径R=224m。

3.4 最大涌水量计算

通过前期抽水试验数据分析已确定了涌水量Q与降深s的相关关系，因此本次最大涌水量计算采用相关外推法进行计算。

该生产井含水层为承压含水层，厚13.17m，承压含水层水头高度为19.1m。本次最大降深位置确定为含水层水位到含水层底板二分之一处，即smax=16.135m。

根据涌水量Q与降深s的相关关系计算最大涌水量Qmax。

丰水期：lgQmax=0.21+0.55lgsmax得出Qmax=7.48l/s(646m3/d)根据抽水试验数据，抽水试验稳定时间比较长，同时抽水试验停抽后水位迅速恢复及并到稳定，同时开采量计算外推的深度，只取含水层水位到含水层底板二分之一，均符合该套计算方法不超过抽水试验降深≤2.0倍的一般要求。因此以抽水量Q=646m3/d具有充足的补给保证，开采水量仍有较大潜力。

本次工作已基本控制了水源地的边界和含水层特征，并通过水样分析详细查明了矿泉水的物理化学特征；通过抽水试验取得了允许开采量计算所需参数；已查明矿泉水开发条件及水源卫生防护条件。

3.5 抽水试验质量评述

抽水试验前先按照有关规程采用清水活塞或压风机进行洗井，直至稳定返出清水后，才开始正式抽水试验。

试验设备采用抗温热深井潜水泵作定流量抽水，设计稳定流降深三个落程，实际抽水降深三次。抽水稳定时间≥8h。抽水试验过程中，采用电测水位仪观测动水位，水表及三角堰板综合核定流量，并观测水温，同时对观测过程中的水位、水温及流量进行相互校对，经校核误差值：水量≤0.01%、水温≤0.1℃、水位≤0.03m，精度较高，符合规范对抽水试验中抽水和测温的质量技术要求。

4 结论

4.1 从试验成果可知

（1）通过对生产井丰水期及枯水期的抽水试验，最终确定生产井抽水含水层的渗透系数K=7.0m/d，自然边界范围以影响半径224m为半径。

（2）该含水层涌水量与降深呈指数型曲线关系，抽水量Q=646m3/d具有充足的补给保证，开采水量仍有较大潜力。

4.2 在钻孔抽水试验过程中，应注意做好以下工作

（1）试验前应注意洗孔。洗孔应达到水清砂尽无沉淀。洗孔工作没作好，会造测得的渗透系数偏小甚至导致试验失败。

（2）试验过程中，应边测读流量和降深，边绘制Q-S曲线，一旦发现Q-S曲线反常，如Q-S曲线呈反抛物线型，应查明原因，必要时重做。

（3）试验中抽水设备及电力设备要有富余，以防出现意外，影响试验进行。

（4）在矿泉水开发过程中，必须进行水质、水量、水位和水温的监测工作，并建立监测资料档案，做到科学开发、科学管理，合理利用该矿泉水资源，以便取得较好的经济效益和社会效益。