基于Aquifertest軟件計算灰巖礦區水文地質參數及礦坑涌水量預測

2022-02-13 09:01:08胡殿坤姚慶健莫福成

西部探礦工程 2022年1期

胡殿坤，姚慶健，莫福成，繆信，汪楠

（中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊，安徽合肥 230031）

隨著近年來灰巖礦山的凹陷開采，許多礦山最低開采標高處于當地侵蝕基準面以下，因此獲得礦區內水文地質參數顯得尤為重要，抽水試驗是以地下水井流理論為基礎，通過在井孔中進行抽水和觀測，來測定含水層水文地質參數，評價含水層富水性和判斷某些水文地質條件的一種野外水文地質試驗[1]。其主要目的任務之一是確定含水層水文地質參數，如滲透系數(K)、導水系數(T)、貯水系數(u*)等[2]。

目前，用計算機進行抽水試驗參數計算的是Aquifertest軟件，由加拿大滑鐵盧水文地質公司開發研制，專門用于抽水試驗資料分析數據處理及水文地質參數求解的圖形化分析研究軟件，本次研究根據抽水試驗數據，采用軟件計算參數，最終確定水文地質參數，運用大井法預測礦坑涌水量[3-4]。

1 抽水試驗概況

1.1 水文地質條件

在安徽省廬江縣某灰巖礦區進行單孔非穩定流抽水試驗中，將含水巖組分為三類[5]：

（1）松散巖類孔隙含水巖組。主要由第四系全新統含水層組成，層厚小于16m。巖性主要為棕紅色含礫粘土、含礫粉質粘土夾粘土，局部為含礫粉質粘土夾碎石；地下水位埋深2～6m；單井出水量小于3m3/d，具有弱富水性。

（2）碳酸鹽巖類巖溶—裂隙含水巖組。主要由石炭系上統黃龍組（C2h）、船山組（C2c）、二疊系下統棲霞組（P1q）碳酸鹽巖地層組成，巖性為微晶灰巖、泥晶灰巖、白云質灰巖等，厚度大于153m。經鉆探及地面調查，巖溶發育，節理裂隙較發育，沿節理裂隙和構造破碎帶發育溶洞、溶溝、溶槽及串珠狀溶孔等，礦區地下水位埋深9.10～45.80m，單井涌水量可達1000～1300m3/d，泉流量10～100L/s，水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。

（3）碎屑巖類裂隙含水巖組。由志留系下統高家邊組（S1g）、上統墳頭組（S2f）、泥盆系上統五通組（D3w）、石碳系下統高驪山組（C1g）及二疊系下統孤峰組（P1g）地層組成，巖性為長石石英砂巖、泥巖夾粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等，厚度大于736m，巖性破碎，節理裂隙發育，多為閉合裂隙，含水性、連通性、導水性差，水量貧乏，局部含裂隙水。依據區域地質資料，地下水位埋深3～15m，單井出水量約2～5m3/d，具弱富水性；水化學類型為HCO3-Ca型。

抽水層主要在碳酸鹽巖類巖溶—裂隙含水巖組，其地下水靜水位根據地勢呈東高西低的趨勢其等值線如圖1所示。

1.2 抽水試驗過程

本次試驗選取兩個孔改造作為抽水孔如圖1 中方框標點編號為ZK103 的井深127m，井徑130mm，抽水初始水位24.50m，最大降深50.82m，對應流量47.13m3/d，編號為ZK23的井深105m，井徑130mm，初始水位22.05m，最大降深40.51m 對應流量41.43m3/d試驗過程見圖2。

抽水試驗進行順利，水位數據通過投入式液位計精確度為0.01m，流量表觀測精度為0.0001m3，水溫、氣溫2h 觀測一次，讀數精度為0.1℃，數據記錄頻率和精度滿足規范要求。為提高實驗數據精度每孔進行三次抽水，每次抽水后觀測恢復水位數據，水位恢復至初始水位后進行下一次抽水，所得數據成圖后，從圖2中數據趨勢看，無異常點，符合規范中非穩定流抽水試驗要求[6]，試驗數據真實有效。

2 求參方法簡介

利用Aquifertest 軟件求參方法如下：①從主菜單欄中，點擊File，然后Create datebase 創建初始數據庫保存；②打開已保存的數據庫，新建工程，選擇Units在新建的工程中創建抽水井模型；③鍵入野外記錄簿的抽水試驗數據，及含水層的厚度，生成時間與降深的曲線圖；④選擇所需要的計算方法完成水文地質參數計算，形成計算圖；⑤在Reports查看計算結果；⑥輸出該抽水孔各種方法的水文地質參數。

本次采用Theis配線法，對潛水含水層水文地質參數進行求解。配線法是通過實測試驗曲線與理論曲線對比確定含水層水文地質參數的方法，也稱為標準曲線對比法，配線法在軟件中通過專業分析調整來達到最優擬合效果，Aquifertest軟件參數計算結果擬合曲線見圖3、圖4[7]。

根據降深—時間（lgs～lgt）配線法求得導水系數T及滲透系數K，計算結果見表1。