黃屯硫鐵礦主井井筒檢查孔水文地質特征分析

于光輝

(安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州 234000)

主井檢查孔主要目的是為主井檢查孔設計與施工提供依據。施工均采用地質及鉆探、物探測井、采樣化驗、簡易水文、野外地質及工程地質編錄和抽水試驗、壓水試驗等相結合的勘探施工方法，從而獲得了全面系統的地質成果資料。

1 井筒水文地質條件

1.1 地表水

礦區位于黃屯河下游的新河、老河之間，區內地形平坦，地面高程8～13 m。礦區東部、南部為低山丘陵，西接連綿崗地，北與平原連為一片。本次施工主井檢查孔位于礦區西南方位，黃屯新河西北側。黃屯新河(人工河)從礦床偏東部由南向北流入天河，最高洪水位達標高+13 m，最大洪峰流量200 m3/s(1983年7月)、水位季節變化大一般近地表。礦區內為第四系所覆蓋，水系較發育，河渠池塘較多。

1.2 含隔水層的劃分及特征

1.2.1 礦區含水巖組及富水性

礦區地下水可劃分為松散巖類孔隙水、火山碎屑巖、熔巖類孔洞—裂隙水、碎屑巖、碳酸鹽巖類巖溶—裂隙水、巖漿巖類裂隙水四個含水巖組。其富水性分別為弱、弱、較弱和中等。

1.2.2 主井松散層的含、隔水層(組)及水文地質特征

該孔松散層厚度為24.88 m，根據鉆探情況可劃分為一個隔水層和一個含水層。含、隔水層(組)水文地質特征如下：

隔水層(組)：底板埋深12.50 m，隔水層厚12.50 m，巖性主要為淺灰色、深灰色的粘土、粘土層底部夾礫石，巖性致密，具粘性，一般隔水性能較好。

含水層(組)：底板埋深24.88 m，砂層厚12.38 m。含水巖性主要為灰色夾黃色，松散狀的砂礫組成，分選性一般，成分主要以石英、長石為主，含暗色礦物，礫石大小不等，粒徑約2～8 cm左右，局部稍含粘土。據第四系抽水試驗資料，水量較小，抽水水位降深4.79 m，涌水量為0.322 L/s，單位涌水量0.07 L/(s·m)，滲透系數k為0.28 m/d，水質為HCO3-Ca·K+Na。

1.2.3 主井基巖段的含、隔水層(組)及水文地質特征

該孔基巖段厚度為430.17 m，為侏羅系上統龍門院組含水層段和三疊系拉犁尖組含水層段，從24.88～35.23 m段為風化帶，巖性由灰色、淺灰色粗安巖組成，局部呈綠泥石化，巖芯破碎。

根據鉆探、測井資料綜合分層，其中含水層段6個，總厚度為111.13 m，巖性上部主要為粗安巖，局部呈黃鐵礦化，較堅硬，部分層段巖芯破碎，見水蝕裂隙，下部主要由粉砂巖、閃長玢巖組成，局部巖芯破碎以機械破碎為主，裂隙不發育，且部分層段氣孔較多，大小不等，不連通。

含水層段水文地質特征如下：

第一含水層段自73.90～85.32 m，厚11.42 m，巖性主要為粗安巖，深度60.15～65.17 m、73.90～76 m段巖芯破碎，壓水試驗段該段透水率q=1.60(Lu)，依據《水利水電工程地質勘察規范》表F，弱透水性。

第二含水層段自182.34～193.36 m，厚11.02 m，主要由粗安巖組成，塊狀構造，斑晶結構，輕微蝕變，巖芯破碎。

第三含水層段自200.44～214.50 m，厚14.06 m，巖性主要為粗安巖，深度198～205.20 m巖芯破碎，裂隙較發育。

第四含水層段自242.00～292.70 m，厚50.70 m，巖性主要為粗安巖，局部見脈狀黃鐵礦，具電氣石化，裂隙發育，深度288.26～291.65 m巖芯破碎。

第五含水層段自327.10～334.40 m，厚7.30 m，巖性由灰色夾紫紅色的粗安巖組成，局部巖芯破碎，節理發育。

第六含水層段自399.07～415.70 m，厚16.63 m，該段巖性主要由鈣質粉砂巖、閃長玢巖組成，多處見小氣孔、小孔洞，裂隙發育，深度377.23～378.90 m段巖芯破碎，據第四段壓水試驗段資料，透水率q=1.43(Lu)，依據《水利水電工程地質勘察規范》表F，弱透水性。

據抽水試驗資料，基巖段抽水最大水位降深24.09 m，涌水量7.728 L/s，單位涌水量0.31 L/(s·m)，滲透系數k為0.30 m/d，水質為HCO3·SO4-Ca·K+Na；

1.3 各含水層的補、徑、排條件及水力聯系

據礦區資料，松散層內含水層地下水運動處于積極交替帶徑、排條件好；基巖段含水層以水平徑流補給和垂直補給兩種方式進行，以水平徑流補給為主，主要以裂隙、孔洞為途徑，流程短，對礦床地下水補給造成有利條件。

該孔從巖性及抽水試驗資料分析得，基巖地下水同風化帶層、松散層潛水間有相對隔水蓋層(風化帶)存在，無明顯垂直補給，井筒開挖時主要補給為水平徑流側向補給為主。

2 抽水試驗工作

2.1 抽水試驗層段

該孔共做了2次抽水試驗，其中基巖混合抽水試驗一次，第四系一次。

基巖段抽水：抽水試驗抽水層段為28.91～455.05 m，鉆孔結構：0～28.91 m，φ191 mm孔徑，下入φ168 mm護壁管，0～120.08 m，下φ146 mm過濾管，120.08～455.05 m孔徑為φ91 mm，裸孔。

第四系抽水：經礦方共同研究同意，抽水鉆孔定在主、副井檢查孔中間進行，單獨進行抽水試驗。抽水試驗成果作為主、副井檢查孔共同采用，抽水層段為第四系砂礫層抽水，深度為0～24.88 m。

2.2 抽水試驗方法

該孔抽水試驗方法按穩定流抽水試驗要求進行，按洗井、試抽、靜止水位觀測、正式抽水和恢復水位觀測步驟進行。水位、流量觀測按照非穩定流抽水試驗要求，加密觀測，以后每半小時觀測一次，水溫、氣溫每4小時同步觀測一次，恢復水位按照非穩定流抽水標準觀測。即1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30分鐘，以后每半小時觀測一次，直到結束。正式抽水結束前取水樣。

3 井筒涌水量預計

3.1 水文地質參數的計算及選用

3.1.1 滲透系數K

1)基巖段滲透系數K

基巖段滲透系數按照均質無限含水層承壓水完整井穩定流計算，公式為：

(1)

根據主井檢查孔基巖段抽水試驗資料，最大降深s=24.09 m時，水量為628.82 m3/d，含水層厚度為111.13 m，抽水半徑為0.045 5 m。

根據公式(1)，計算結果滲透系數K=0.30 m/d，抽水影響半徑R=131.48 m。

2)第四系滲透系數K

第四系滲透系數按照均質無限含水層潛水完整井穩定流計算，公式為：

(2)

根據第四系抽水試驗資料，降深S=4.79，水量為27.82 m3/d，含水層飽水厚度23.28 m，抽水半徑為0.045 5 m。

根據公式(2)計算結果滲透系數K=0.28 m/d，抽水影響半徑R=24 m。

3.1.2 含水層厚度M

利用鉆探、測井綜合分層，確定基巖段的各含水層段的厚度，見表1。

表1 含水層段厚度表

第四系飽水厚度(H)采用 23.28 m。

3.1.3 影響半徑R、r井、H和h0的確定

(3)

r井為井筒荒徑的二分之一，主井井筒按設計要求凈直徑4.5 m，荒徑6.50 m，r井為3.25 m。

H、h0確定，H為承壓水位降至含水層段底板的水柱高度，即S=H，h0=0。

3.2 井筒涌水量預計

3.2.1 基巖段井筒涌水量預計

井筒基巖段涌水量預計采用地下水動力學承壓轉無壓完整井解析法(即大井法)。

計算公式：

(4)

利用基巖段抽水試驗資料，K=0.30 m/d時，預計井筒基巖段涌水量，見表2。

表2 基巖段井筒涌水量預計成果表

3.2.2 第四系井筒涌水量預計

井筒第四系涌水量預計采用地下水動力學均質無限含水層潛水完整井穩定流解析法。

計算公式：

(5)

利用第四系抽水試驗資料，K=0.28 m/d時，預計井筒第四系涌水量，見表3。

表3 第四系段井筒涌水量預計成果表

3.3 井筒涌水量估算結果及評述

利用抽水試驗資料計算主井井筒涌水量，總計井筒涌水量預計為363.88 m3/h，水量較大。該結果作為井筒設計與施工的參考依據，建議在建井過程中應重視，采取預防措施，確保礦井生產安全。

4 結語

對檢查孔所揭露的各含隔水層作了詳細的評述和評價，水文地質條件類型屬中等類型。利用抽水試驗資料，采用地下水動力學大井法承壓轉無壓公式計算，計算結果井筒涌水量為363.88 m3/h。根據礦區水文地質條件看，基巖段含水層補給條件好，建議井筒開挖前需進行預注漿，然后采取井筒凍結。