新生界松散含水層抽水試驗止水方法的研究：以祁東煤礦南部采區水文地質探查工程為例

王海波

(安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州234000)

兩淮煤田絕大部分是被厚數百米的新生界松散層掩蓋，根據巖性組合特征和含水層的富水性，從上至下，新生界松散層一般可劃分為四個含水層(組)和三個隔水層(組)。各含水層之間通過弱透水層和“天窗”以越流的形式發生一定的水力聯系，為一個多含水層系統。新生界底部第四含水層(俗稱“底含”或“下含”)，直接覆蓋在基巖各含水層之上，其富水性和透水性在空間上差異很大，它與基巖各含水層均有水力聯系，特別是在淺部煤系砂巖裂隙含水層段有著密切的水力聯系。受煤系地層尤其是淺部煤層開采影響，該含水層通過基巖原生裂隙和后期因礦井開采產生的裂隙與井下發生了水力聯系，因而構成了礦井水害的水源之一。因此，對新生界底部含水層進行疏放降水和水害治理，是保證煤礦安全生產的一個有效途徑，也是為合理留設防水煤柱高度，提高煤層的回采上限，最大解放和實現安全回收防水煤柱資源量，這已成為各煤礦的當務之急。而這些都需要靠掌握采區新生界松散層的的水文地質特征，掌握新生界含水層間的水力聯系以及與煤系砂巖含水層間的水力聯系，掌握大氣降水與新生界各含水層的補給關系，掌握新生界含水層水位與井筒井壁淋水量的關系來實現。因此，需要通過對井田新生界進行水文地質勘探和抽水試驗來掌握水文地質特征，通過施工水文長觀孔、建立地下水動態觀測網來掌握各含水層間的水力聯系。那么，對抽水試驗和長觀孔目的層以外進行有效止水就顯得至關重要，它決定了所獲取的水文地質資料的真實性。

新生界松散含水層抽水試驗止水方法有多種，目前我們最常用的有兩種，一種是下入兩路套管，先下一路套管對抽水目的層以上的地層進行封閉隔離，然后水泥固管止水，再下入一路套管(帶過濾管)對目的層進行抽水。這種方法止水效果可靠，但是耗費管材材料多，如果采用“飛管”，則兩路套管重疊段不少于20 m，中間置入橡膠止水墊，如處理不好，容易跑砂，造成抽水試驗失敗。一種是采用止水盤異徑壓力粘土止水法，即在抽水目的層以上選一比較厚的粘土隔水層，該層以上擴一較大的孔徑(通常是250 mm)，該層以下擴一較小的孔徑(通常是146 mm)，然后配好實管和過濾管(管徑通常是108 mm)，下放套管使止水盤(直徑通常是220 mm)坐實在該粘土層變徑處。這種方法節省管材，但是止水盤上部絲扣處理不好很容易漏水，造成止水失敗，導致抽水試驗數據資料失真，即使抽水前止水檢查合格，但如果該孔留作長觀孔，時間長了，套管上部絲扣連接處還是容易漏水，造成觀測的水位不真實，起不到動態觀測的作用。正是基于此，本文通過對祁東煤礦南部采區水文地質探查工程SQ9孔新生界底部“四含”抽水試驗止水方法的研究，提出了一種簡便而有效的止水方法。

1 工程概況

1.1 設計目的要求

為了進一步了解祁東煤礦南部采區水文地質特征、完善礦井地下水動態觀測系統，特在南部采區布置“四含”長觀孔一個。孔號為SQ9，設計孔深430 m，終孔層位為基巖界面，抽水層位為新生界第四含水層。

1.2 地層及水文地質概況

祁東煤礦開采的煤田為新生界松散含水層覆蓋下的隱伏煤田，煤系地層屬石炭—二疊系，煤系基底為奧陶系石灰巖。礦井直接充水含水層為煤系頂、底板砂巖裂隙含水層，主要充水水源為新生界底部的第四含水層和奧陶系灰巖含水層。新生界松散層厚88～453 m，從上至下，可劃分為四個含水層(組)和三個隔水層(組)。第一、二、三含水層(組)下方有80～100 m的第三隔水層，隔斷了與“四含”的直接聯系，井田內“四含”厚0～80 m，巖性主要為棕紅色和黃色的中細砂、粘土質砂及灰色和紅色的礫石，砂層主要成分為石英、長石，含少量暗色礦物，礫石主要成分為石英，砂層和礫石厚度為0～59.11 m，平均厚度35～40 m。

本孔松散層厚 415.35 m，第三隔水層厚 92.35 m，“四含”厚度為71 m，砂層和礫石厚度(主要為礫石)為46.45 m。根據抽水試驗資料，水位標高15.83 m，單位涌水量0.21～0.351 L/s·m，滲透系數 0.50 ～0.75 m/d，富水性中等。

2 研究內容

2.1 施工程序

(1)松散層開孔采用φ130 mm無芯鉆頭鉆進至三隔底部(360 m)，再用φ110 mm取芯鉆頭取芯至終孔(430 m)，然后進行電測井，確定“四含”位置、擴孔深度及井壁管、濾水管、沉淀管及止水盤下置深度。

(2)基巖面以下用粘土止水，然后用φ250 mm擴孔鉆頭擴孔至三隔一層較厚的粘土層中部(338 m)，再用φ146 mm擴孔鉆頭擴孔至基巖界面下(417.48 m)，然后下置套管，在338 m處下置φ220 mm止水盤，然后進行水泥固管止水，檢查止水合格和洗井后，進行穩定流抽水試驗。

2.2 鉆孔結構

(1)松散層“四含”抽水層上部下置 φ127 mm套管120.08 m，下部下置φ108 mm套管至415 m(套管長度294.92 m)，其中338 m以上孔徑為φ250 mm，用φ220 mm止水盤止一、二、三含水，338 m至417.48 m孔徑為φ146 mm。

(2)基巖段417.48 m至430 m孔徑為φ110 mm裸孔，下管前該段投入粘土并搗實。鉆孔結構見圖1。

2.3 止水方法研究

采用止水盤異徑壓力粘土加注漿法，即在止水盤異徑壓力粘土止水方法上加以改進，即在止水盤上部第一根套管底部2 m預先留有洞眼(洞眼直徑20 mm，共3排，每排2個洞眼之間的距離為200 mm)，止水盤下部第一根套管在地面上預制2 m水泥柱(選一2 m多的套管豎起來，將攪拌好的水泥砂漿灌入套管且等其凝固好)，然后配好實管和過濾管，下完套管使止水盤坐實后，下鉆具至預留洞眼上(地面套管口用螺絲頭封閉好)對止水盤以上地層進行水泥固管止水，侯凝2天后下小鉆頭將止水盤下的預制水泥柱透開，并用清水沖洗孔，然后起上鉆具進行抽水試驗(示意圖如圖2)。

圖1 鉆孔結構圖

圖2 示意圖

3 結語

新生界松散層含水層抽水試驗采用止水盤異徑壓力粘土加注漿法這種止水方法，比其它止水方法簡便、容易操作，既使止水效果可靠，又節省了管材材料，而且作為水文長觀孔，又增加了使用壽命，可以說該方法既經濟，又實用。

［1］許光泉，葛曉光，趙宏海.桃園煤礦“四含”三維數值模型及疏放性研究［J］.安徽理工大學學報，2006，26(4)::17—23.

［2］孔一繁，汪永茂.安徽省祁東煤礦底礫含水層突水災害成因與治理技術［J］.中國地質災害與防治學報，2003，14(4):69—70.