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第四章水文地质试验 1 水文地质试验 水文地质试验是对地下水进行定量研究的重要手段 水文地质试验包括野外试验 或称现场试验 和室内试验两类 抽水试验放水试验连通试验渗水试验注水试验压水试验地下水流速流向测定 土的颗粒分析岩土物理性质 水理性质测定岩土和水的化学分析电镜扫描差热分析x光衍射微孔结构分析 野外试验 室内试验 2 第一节抽水试验的目的 任务及类型 水文地质抽水试验是以地下水井流理论为基础 通过在实际井孔中抽水时 水量和水位变化的观测来获取水文地质参数 评价水文地质条件 为预计矿井涌水量和评价地下水允许开采量等提供依据 3 抽水试验的主要任务 确定含水层及越流层的水文地质参数 确定抽水井的实际涌水量及其与水位降深之间的关系 研究降落漏斗的形状 大小及扩展过程 研究含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系 确定含水层的边界位置及性质 进行含水层疏干或地下水开采的模拟 以确定井间距 开采降探 合理井径等群井设计参数 4 断层 F2 F1 F4 F3 山东莱芜某岩溶地下水源地抽水条件下地下水流场图 井 泉 5 吉林省长岭县城北郊新第三系太康组含水层抽水钻孔水位降深等值线示意图 K1 K2 K3 6 导水断层 阻水 地质条件解释示意图 泥岩 粉砂岩 砂 砾 岩 7 二 抽水试验的类型 井孔数量 单孔抽水试验多孔抽水试验干扰井群抽水试验 井流理论 稳定流抽水试验非稳定流抽水试验 井的类型 完整井抽水试验非完整井抽水试验 包含的含水层情况 分层抽水试验分段抽水试验混合抽水试验 抽水顺序 正向抽水试验反向抽水试验 8 补 按抽水试验任务分 试验抽水一次降深稳定流单孔抽水 试验性的抽水概略评价含水层富水性抽水试验 次降深稳定或非稳定流单孔抽水试验求水文地质参数 确定 关系一般开采性抽水试验和生产性群孔大型抽水试验求水源地允许开采量 或求水文地质参数 或判明水文地质条件 9 单孔抽水试验布孔 只有一个抽水孔 不另外布置专门的观测孔优点 它方法简单 成本较低 缺点 不能直接观测降落漏斗的扩展情况 一般只能取得钻孔涌水量Q及其与水位降探S的关系和概略的渗透系数K 适用 只用于稳定流抽水 在普查和详查阶段应用较多 多孔抽水试验布孔 一个主孔抽水 另外专门布置一定数量的水位观测孔 优点 能够完成抽水试验的各项任务 可测定不同方向的渗透系数 影响半径R的大小 降落漏斗的形态及发展情况 以及含水层之间及其与地表水之间的水力联系等 所取得的成果精度也较高 缺点 需布置专门的观测孔 成本相对较高 适用 多用于精查阶段 1 根据抽水试验井孔数量划分 10 干扰井群抽水试验布孔 多个抽水孔同时抽水 另外布置若干观测孔 抽水时 造成降落漏斗相互重叠干扰 又称互阻井群抽水试验 按抽水试验的规模和任务 又分为一般干扰井群抽水试验和大型群孔抽水试验 一般干扰井群抽水试验是为了研究相互干扰井的涌水量与水位降深的关系 或因为含水层极富水 单个抽水孔形成的水位降深不大 降落漏斗范围太小 而需在较近的距离内打几个抽水孔 组成一个孔组同时抽水 或为了模拟开采或疏干 需在若干井孔内同时抽水 观测研究整个流场的变化 特点 试验成本高适用 水文地质条件复杂地区的精查阶段或开采 疏干 阶段使用 11 大型群孔抽水试验布孔 一般由数个乃至数十个抽水孔组成若干井组 观测孔很多优点 分布范围大 可进行大流量 大降深 长时间的大型抽水 形成一个大的人工流场 以便充分揭露边界条件和整个流场的非均质状况 缺点 花费巨大的人力和财力 须慎重采用适用 仅用于涌水量很大 边界条件不清 水文地质条件复杂的矿区 近年来多用在一些岩溶大水矿区水文地质精查阶段 或专题性勘探 中 例如 1980年在邯郸矿务局王风矿进行了一次包括38个抽水孔 82个观测孔 抽水量达135200m3 d 1 57m3 s 的大型奥灰岩溶含水层群孔抽水试验 12 单孔抽水试验 多孔抽水试验 13 2 按抽水试验所依据的井流理论 稳定流抽水试验要求 抽水时的流量和水位降深都相对稳定 即不随时间改变 优点 方法比较简单 缺点 自然界大都是非稳定流 只在补给水源充沛且相对稳定的地段抽水时才能形成相对稳定的似稳定流场 故其应用受到一定限制 非稳定流抽水试验要求 水位和流量中的一个稳定 另一个可随时间变化 一般要求流量稳定 降深变化 优点 接近实际 能研究的因素和测定的参数更多 还能判定简单条件下的边界 并能充分利用整个抽水过程所提供的全部信息 适用 更广泛缺点 解释计算较复杂 观测技术要求较高 14 3 根据抽水井的类型分 完整井抽水试验完整井 即钻孔揭穿整个含水层 过滤器长度等于含水层厚度 特点 井流理论较完善 故一般应尽量用完整井做抽水试验 非完整井抽水试验非完整井 即钻孔仅揭穿含水层的一部分 过滤器长度小于含水层厚度特点 当含水层厚度很大 又是均质层时 为了节省费用 或为了研究过滤器的有效长度时进行非完整井抽水试验 15 非完整井 完整井 抽水井的类型 16 4 根据试验段所包含的含水层情况分 分层抽水每次只抽一个含水层 对不同性质的含水层 如潜水与承压水 应采用分层抽水 对参数 水质差异较大的同类含水层 也应分层抽水 以分别掌握各层的水文地质特征 分段抽水在透水性各不相同的多层含水层组中 或在不同深度透水性有差异的厚层含水层中 对各层段分别进行抽水试验 以了解各段的透水性 有时也可只对其中的主要含水段进行抽水 如厚层灰岩含水层中的岩溶发育段 这时段与段之间应止水隔离 止水处应位于弱透水的部位 17 混合抽水要求 在井中将不同含水层合为一个试验段进行抽水 各层之间不加以止水特点 较简单 费用较低功能 反映各层的综合平均状况适用 一般只在含水层富水性弱时采用 或当各分层的参数已掌握 或只需了解各层的平均参数 或难于分层抽水时才采用混合抽水试验 18 5 根据抽水顺序分 正向抽水抽水时水位降深由小到大 即先进行小降深抽水 后进行大降深抽水 因其有利于抽水井周围天然过滤层的形成 多用于松散含水层中 反向抽水试验抽水时水位降深由大到小 抽水开始时的大降深有利于对井壁和裂隙的清洗 多用于基岩中 19 初始水位 正向抽水 反向抽水 20 第二节抽水试验的技术要求 一 抽水试验的场地布置二 稳定流抽水试验的技术要求三 非稳定流抽水试验的技术要求四 大型群孔干扰抽水试验的主要技术要求 21 一 抽水试验的场地布置 布置抽水试验的场地 主要是抽水孔 主孔 与观测孔的配置 根据抽水试验的任务和当地的水文地质条件 首先要选定抽水孔的位置 然后进行观测孔布置 一 抽水孔的布置 二 观测孔的布置 22 一 抽水孔的布置 布置抽水孔的主要根据是抽水试验的任务和目的 目的任务不同其布置原则也各异 为求取水文地质参数的抽水孔 一般应远离含水层的透水 隔水边界 应布置在含水层的导水及贮水性质 补给条件 厚度和岩性条件等有代表性的地方 对于探采结合的抽水井 包括供水详勘阶段的抽水井 要求布置在含水层 带 富水性较好或计划布置生产水井的位置上 以便为将来生产孔的设计提供可靠信息 欲查明含水层边界性质 边界补给量的抽水孔 应布置在靠近边界的地方 以便观测到边界两侧明显的水位差异或查明两侧的水力联系程度 23 在布置带观测孔的抽水井时 要考虑尽量利用已有水井作为抽水时的水位观测孔 当无现存水位观测井时 则应考虑附近有无布置水位观测井的条件 抽水孔附近不应有其它正在使用的生产水井或地下排水工程 以避免干扰 抽水井附近应有较好的排水条件 即抽出的水能无渗漏地排到抽水孔影响半径区以外 特别应注意抽水量很大的群孔抽水的排水问题 抽水孔的布置 24 布置观测孔的意义利用观测孔的水位观测数据 可以提高井流公式所计算出的水文地质参数的精度 这是因为 观测孔中的水位 不存在抽水孔水跃值和抽水孔附近三维流的影响 能更真实地代表含水层中的水位 观测孔中的水位 由于不存在抽水主孔 抽水冲击 的影响 水位波动小 水位观测数据精度较高 利用观测孔水位数据参与井流公式的计算 可避开因R值选取不当给参数计算精度造成的影响 二 观测孔的布置 25 布置观测孔的意义 续 利用观测孔的水位 可用多种作图方法求解稳定流和非稳定流的水文地质参数 利用观测孔水位 可绘制出抽水的人工流场图 等水位线或下降漏斗 从而可帮助我们判明含水层的边界位置与性质 补给方向 补给来源及强径流带位置等水文地质条件 一般大型孔群抽水试验 可根据观测孔控制渗流场的时 空持征 作为建立地下水流数值模拟模型的基础 26 观测孔的平面布置 观测孔的平面布置取决于抽水试验的任务 精度要求 规模大小 含水层的性质 以及资料整理和参数的计算方法等因素 综合因素 27 为准确求参 应根据含水层边界条件 均质程度 地下水的类型 流向及水力坡度等 在抽水孔的一侧宜垂直地下水的流向布置2 3个观测孔 为了测定含水层不同方向的非均质性或确定抽水影响半径 可以根据含水层的不同情况 以抽水孔为中心布置1 4条观测线 如有两条观测线 一条垂直地下水流向 另一条宜平行地下水流向 观测线 28 观测线的具体布置 均质各向同性 水力坡度较大的含水层 其抽水降落漏斗形状为椭圆形 下游一侧的水力坡度远较上游一侧大 故除垂直地下水流向布置一条观测线外 应在上 下游方向上布置一条水位观测线 均质各向同性 水力坡度较小的含水层 其抽水降落漏斗的平面形状为圆形 即在通过抽水孔的各个方向上 水力坡度基本相等 但一般上游侧水力坡度较下游侧为小 故在与地下水流向垂直方向上布置一条观测线即可 若受场地条件限制难于布孔时 也可与地下水流向成45度角的方向布置一排观测孔 29 对非均质含水层 水力坡度不大时 应布置三排观测孔 其中两排垂直流向 一排平行流向 对非均质各向异性含水层 水力坡度较大时可布置四排观测孔 其中垂直和平行流向各两排 均质各向异性的含水层 抽水水位降落漏斗常沿着含水层贮 导水性质好的方向发展 延伸为长轴 该方向水力坡度较小 贮 导水性差的方向为漏斗短轴 水力坡度较大 因此 抽水时的水位观测线应沿着不同贮 导水性质的方向布置 以分别取得不同方向的水文地质参数 30 观测孔平面布置的其他要求 对群孔抽水试验 应在抽水孔组中心布置一个观测孔 此外还应能控制整个流场并直到边界 非均质的各个块段 对某些专门目的的抽水试验 观测孔的布置则可不拘形式 以解决问题为原则 研究断层的导水性时 可将观测孔布置在断层的两盘 判别含水层之间的水力联系时 则分别在各个含水层中布置钻孔 研究河水与地下水的关系时 观测孔应布置在岸边 31 为查明相邻已采水源地的影响 应在连接两个开采中心方向布置观测孔 为确定水位下降漏斗形态和补给 或隔水 边界 应在边界和外围一定范围内布设一定数量的观测孔 在承压水含水层进行抽水试验时 宜在观测孔附近覆盖层 半透水层或弱含水层 中布置副观测孔 在进行试验性开采抽水试验时 应在水位下降漏斗范围内的重要建筑物附近增设工程地质 环境地质观测点 32 观测孔的数量 观测孔的数量主要取决于抽水的目的要求和参数计算方法 用于描述降落漏斗的抽水试验 每条观测线上不应少于3个观测孔 用于判定水力联系及边界性质的抽水试验 观测孔不应少于2个 用于求参的抽水试验 1g 每条观测线上仅布置1个孔 1gr 每条观测线可布置1 3个孔 但多数是取3个 33 观测孔的间距 观测孔的间距应近主孔者小 远主孔者大 即距抽水孔由近至远 观测孔间距由小到大 近小 远大 抽水孔 观测孔 最近 不应小于含水层厚度的1倍 最远 能观测到明显的水位下降 相邻 应保证其降深差不于小0 1m 34 观测孔间距的一般规律 透水性差潜水含水层有垂直补给非稳定流抽水 透水性好承压水含水层无垂直补给稳定流抽水 水力坡度大水位非线性分水岭水位是变量 35 观测孔的深度和孔径 孔深 完整井 孔深应达到抽水孔的最大降深以下 非完整井 孔深应达到抽水孔抽水段的中部 孔径 一般不小于55mm 原始水位 Smax 孔深 孔深 L 0 5L 最低水位 36 注意 观测孔沉淀管的长度一般不应小于2m观测孔一般应深入试验层5m 10m若查明水力联系 应深入10m 20m以上 观测孔的深度 抽水管的沉淀管长度 37 二 稳定流抽水试验的技术要求 稳定流抽水试验 为保证抽水试验的质量 技术要求主要包括三个方面 1 水位降深2 稳定延续时间3 水位及流量观测 38 1 水位降深 直线型 抛物线型 曲线类型 幂曲线型 对数曲线型 q 曲线类型 39 深次数降要求 三次降深 正式抽水试验一般要求三次降深 以便确定流量 与降深 之间的关系 判断抽水试验的正确性和推断涌水量两次降深 关系已知 能保证二次降深抽水结果的正确成果的精度要求不高对次要含水层抽水一次降深 涌水量过小 s m抽水设备所限 最大降深未超过1m受煤矿开采影响 钻孔水位较深 40 三次降深值的确定 S2 Smax 潜水 Smax为含水层底板以上水位高度 的 承压水 Smax为静水位至含水层顶板的距离 尽可能将水位降至含水层顶板 41 确定降深注意 当抽水试验用于求参时 最大降深值应小一些 以避免产生紊流和三维流 影响参数的可靠性 用于疏干计算或水资源评价时 降深值应能保证外推至设计要求 并尽量接近正式生产时的设计水位 为判断边界性质和水力联系时 则要求有足够的降深以使问题充分暴露 当含水层含水十分丰富 水位下降较难时 最大降深不应小于3m 最小降深和两次降深之差均不得小于1m 水位降深次序的选择 主要视含水层性质而定 裂隙或岩溶含水层中反向抽水 松散含水层中正向抽水 42 稳定延续时间 稳定延续时间 简称稳定时间 指渗流场达到近似稳定后的延续时间 由于稳定流抽水试验要求在井周围形成一个相对稳定的降落漏斗 而稳定降落漏斗形成的快慢取决于地下水类型 含水层参数 边界条件及补给条件 抽水降深值等 潜水 弱渗透层 补给条件差或降深大时 稳定降落漏斗形成会慢些 43 判断漏斗稳定与否的标准 是以抽水孔和观测孔中水位 流量变化不超过一定数值为依据的 实 实 稳定延续时间愈长 愈能发现微小而有趋势性的变化和临时性补给所造成的短暂稳定及 滞后疏干 所造成的假稳定 稳定的标准 44 稳定的相关规定 稳定延续时间T 为求参的抽水 一般不超过24h其它目的的抽水 确定水井的出水能力 T一般为48h 72 甚至更长抽水试验带有专门的水位观测孔时 最远观测孔的 不得少于2h 4h 煤炭资源地质勘探抽水试验规程 规定 单孔抽水的 必须达8h 最远观测孔为2h 45 稳定的相关规定 水位H的稳定 在煤田水文地质勘探中 水位稳定要求是 抽水孔水位波动允许达到20cm 30cm观测孔水位变化值要小于2cm 注 压风机抽水 46 稳定时间内最大水位观测值 m 稳定时间内水位观测平均值 m 在稳定时间内 水位变化幅度e的计算方法为 47 稳定的相关规定 水量Q的稳定要求 稳定时间内最大涌水量观测值 L s 稳定时间内涌水量观测平均值 L s 注 48 确定是否真正达到稳定状态时 须注意 稳定延续时间必须从抽水孔的水位 流量均达到稳定状态以后开始算起 稳定时间内水位 水量的变化应在平均值上下波动 要注意抽水孔和观测孔水位或流量微小而有趋势性的变化 若变化幅度虽符合要求 但观测值呈单一方向的持续上升或下降 则抽水试验应再延长8h以上 49 例1 间隔2次观测到的水位或流量差值 已小于生产规程规定的稳定标难 但是 这种微小的水位下降现象 却是连续地出现在以后各次的水位观测中 例2 抽水试验地段水位虽出现匀速的缓慢下降 其下降的速度又与不受抽水影响地段的含水层水位的天然下降速度基本相同 分析 尚未真正进入稳定状态 已达到稳定状态 50 1 在开始进行抽水试验前 应观测天然稳定水位 观测时间 一般每小时观测一次稳定要求 2h内所测水位值不变4h内水位相差不超过2cm如天然水位有波动 则取一个或几个周期中水位的平均值作为天然稳定水位 3 水位及流量观测 51 2 试验过程观测 抽水主孔的水位和流量与观测孔的水位 都应同时进行观测 因为 不同步的观测资料可能给水文地质参数的计算带来较大误差 水位和流量的观测时间间隔 应由密到疏 如开始时5min 10min观测一次 以后则每15min 30min观测一次 抽水终止或中断后 还应进行恢复水位的观测 观测时应先密后疏 直至稳定 对恢复水位的要求与抽水前天然水位相同 或符合抽水前的天然动态 日变幅接近天然状态 52 三 非稳定流抽水试验的技术要求 非稳定流抽水包括定流量和定降深两种 在实践中 多采用定流量抽水试验 非稳定流抽水试验对流量和水位观测的要求仍同稳定流抽水 定流量抽水时 从抽水开始到结束 流量均应保持稳定 对动水位的观测应比稳定流抽水试验时加密 特别要在开泵的头10min 20min应观测到较多的数据 53 延续时间 非稳定流抽水试验的延续时间也取决于试验的目的任务 水文地质条件 试验类型 抽水量和计算参数的方法 不同的抽水试验 延续时间的差别很大 以求解水文地质参数为目的的抽水试验 在我国其延续时间通常不超过48h 在供水水源勘察中 为确定可靠的允许开采量或补给量 或为反映出整个区域边界对抽水过程的影响所进行的大型群孔抽水试验的延续时间要比其它抽水试验长得多 通常不超过3 4个月 个别可达5 7个月 54 非稳定流抽水试验的时间要求 当试验层为无界承压水时 常用配线法和直线图解法求解参数 此时其延续时间多按S lgt曲线来确定 配线法要求抽水前期的观测资料 直线图解法通常要求直线段能延续2个以分 min 为单位的对数周期 则总的抽水延续时间约为3个对数周期 即1000min 约为17h 故一般要求延续1d 2d 55 lg1 u 配线法 Theis S lgt S lgt t0 t 10n 10n 1 直线法 Jacob 56 当考虑越流时 如用拐点法或利用Smax计算参数时 抽水应延续至能判定Smax为止 如仅用配线法 则与其它情况下使用配线法相近 延续时间短一些 如需利用稳定状态时段资料 则稳定段的延续时间应符合稳定流抽水对延续时间的要求 时间要求 57 当试验目的是判定边界位置和性质时 延续时间应能保证任务的完成 对于定水头供水边界 抽水应延至符合稳定状态要求 对于直线隔水边界 抽水应延至S lgt图上的第二个直线段 且延续一个对数周朗 常为100min以上 对于一些隔水边界 如分水岭 两侧水头差达到一定数值时可以转为透水边界 因此延续时间应保证边界处水位降深值达到预定值 时间要求 58 当抽水试验目的主要在于确定水井的出水量 对定流量抽水来说 应为在某一出水量条件下 水井在设计使用年限内的水位降深 时 试验延续时间应尽可能长一些 最好能从含水层的枯木期末期开始 一直抽到丰水期到来 或抽水试验至少进行到S lgt曲线能可靠地反映出含水层边界性质为止 A 定水头补给边界 应延续到水位进入稳定状态后的一段时间为止 B 隔水边界 S lgt曲线的斜率应出现明显增大段 C 无限达界 S lgt曲线应在抽水期内出现匀速的下降 时间要求 59 四 大型群孔干扰抽水试验的主要技术要求 主要目的 求得水源地的允许开采量 或求得矿井在设计疏干降深条件下的排水量 或对某一开采量条件下的未来水位降深作出预报 抽水量要求 应尽可能接近水源地的设计开采量 当设计开采量很大 如5x104m3以上 或抽水设备能力有限时 抽水量至少也应达到水源地设计开采量的1 3以上 水位降深要求 基本上同对抽水量的要求一样 即应尽可能地接近水源地 或地下疏干工程 设计的水位降深 一般或至少应使群孔抽水水位下降漏斗中心处达到设计水位降探的l 3 特别是当需要通过抽水时地下水流场分析 查明 某些水文地质条件时 更必须有较大的水位降深要求 60 抽水流态要求 可以是稳定流的 也可以是非稳定流的 对于供水水文地质勘查来说 为获得水源地的稳定出水量 一般多进行稳定流的开采抽水试验 稳定出水量的获得 A 通过改变抽水强度直接确定出水源地最大降深时的稳定出水量 适用于地下水资源不太丰富的水源地 B 通过进行三次水位降深的稳定流抽水试验 据流量 水位降深 Q S 关系曲线方程 下推设计条件下的稳定出水量 抽水时段的选取 为提高水源地允许开采量的保证程度 抽水试验最好在地下水枯水期的后期进行 如还需通过抽水试验求得水源地在丰水期所获得的补给量 则抽水试验要求一直延续到丰水期到来之后的一段时间 大型群孔干扰抽水试验 61 抽水延续时间 为了实现大型群孔干扰抽水试验的各项任务 其抽水延续时间往往较长 按地质矿产部城镇及工矿供水水文地质勘察规范的规定 如进行稳定流的抽水试验 要求水位下降漏斗中心水位的稳定时间不应少于一个月 但根据试验任务的需要 可以更长 如2 3个月或以上 注意 各抽水孔的抽水起 止时间应该是相同的 水位和出水量的观测应该是同步的 停抽后恢复水位的观测延续时间 于一般试验相同 大型群孔干扰抽水试验 与抽水前天然水位相同 或符合抽水前的天然动态 日变幅接近天然状态 62 第三节抽水试验的现场工作 一 准备工作二 现场观测和记录三 资料整理 63 在进行正式抽水试验之前 要进行各个方面的准备工作 其内容包括 掌握试验地段的水文地质情况 其中主要是试验层的埋藏 分布 补给条件 边界条件 地下水的流向 以及试验层与其它含水层或地表水体的水力联系 掌握抽水孔和观测孔的位置 距离 结构 孔深 止水方式和过滤器的安置 以及各个孔连线方向的水文地质剖面 检查抽水设备 动力装置以及井中和场地上其它设备的质量和安装情况 并对测水用具进行检查 调试和校核 一 准备工作 64 准备工作 检查各种用具 记录册等是否齐全 可用 安置 构筑和检查排水设施 对潜水含水层应注意抽出的水是否有可能渗回试验层内 必要时应铺设排水管道 进行试验抽水 通过试抽可以进一步洗孔 同时还可以全面检查抽水试验和各项准备工作 试抽的观测资料 可以预测抽水时的最大降深Smax和相应的涌水量 以分配各次降深值 对非稳定流抽水的试抽资料 可用于推测正式抽水时可能获得的曲线类型 以及确定正式抽水时的涌水量等 上述各项准备工作如发现问题应及时解决 否则将影响试验质量 甚至导致试验失数 65 二 现场观测和记录 抽水试验过程中需要观测记录的内容有五项 测量抽水试验前后的孔深进行此项工作的目的是核查抽水段深度 层位 孔内是否坍塌 沉淀和淤塞等 淤塞严重会影响资料精度 引起井类型的变化 如完整井转变为非完整井 66 观测天然水位 动水位及恢复水位 抽水孔和观测孔的水位应同时观测 A静止水位 正式进行抽水试验前 要观测静止水位 即天然水位 波动 在试验影响范围外布置专门观测孔 观测抽水前和整个抽水期间天然水位的变化 以便校正天然水位变化对动水位的影响 B动水位 抽水试验开始后 应立即观测抽水孔和观测孔的动水位 并同时观测抽水孔的出水量 观测的时间间隔短 长 C恢复水位 抽水试验结束或中断后 均应认真观测恢复水位 观测频率应按非稳定流抽水初期的水位观测要求进行 对于整个观测期间所出现的可能引起水位波动的因素都需记录 如大气降水 地震 爆破及设备 动力故障等 67 抽水试验时流量应与水位同时观测 非稳定流抽水时 为保证计算参数的精度 应尽量保持流量的稳定 观测水温 气温水温和气温应同时观测 一般在试验开始时观测一次 以后每隔2h 4h观测一次 观测水温时 温度计应在水中浸没10min 15min 水质分析和细菌检验在抽水试验结束前 应采取水样进行分析 如抽水过程中水的物理性质有变化 则应系统观测 必要时系统取样化验 当试验是为了确定水力联系或研究咸淡水的关系时 也应系统取样分析 观测流量 三同时 68 三 抽水试验的资料整理 现场整理 稳定流抽水试验的现场资料整理 非稳定流抽水试验的现场资料整理 室内整理 69 一 稳定流抽水试验的现场资料整理 1 绘制水位及流量历时曲线图 S t及Q t 绘制时 原则上应包括整个抽水试验的数据 数据点过密时可适当合并 S t曲线图应包括水位恢复部分 作用 根据曲线的变化趋势 可以发现试验过程中出现的异常现象加以及时处理 也可判断稳定时间的起点和稳定延续时间的长短 70 一般正常抽水时 S t和Q t曲线在抽水初期表现为水位下降和出水量较大 且不稳定 随着抽水的进行 水曲线位 流量逐渐趋向稳定状态 呈现水位 流量两曲线平行 S Q t曲线 71 2 绘制Q S及q S曲线图 Q S及q S曲线图的作用 确定钻孔出水能力 推算可能的最大涌水量 推算单位涌水量 判断含水层的水力特性 检查抽水试验成果是否正确 72 曲线类型 直线型 承压井流 或厚度很大 降深相对较小的潜水井流 抛物线型 潜水 承压 无压井流 或三维流 紊流影响下的承压井流 幂曲线型 从某一降深值起 涌水量Q随阵深S的增大而增加很少 对数型 补给衰竭或水流受阻 即随S增大 Q的增量很小 曲线趋向S轴 表明试验可能有误或特殊现象发生 Q S 如原来被阻塞的裂隙 岩溶通道被突然疏通等 73 两次降深抽水试验的Q S曲线图 当抽水只进行两次降深时 Q S及q S图上应标明实测点和计算点 计算点偏离实测点所连曲线的程度 可用以判断Q S曲线是否正确 检验试验是否正常 若试验正常 计算点应落在曲线附近 74 二 非稳定流抽水试验的现场资料整理 1 绘制S lgt曲线作用 求解水文地质参数 指导抽水试验现场工作的进行决定抽水试验是否需要缩短或延长 及时查明实际曲线偏离典型曲线的原因以便纠正其中的人为错误根据试验的稳定状态 可以有两种求参方式 当水位不稳定且不断下降时 应在S lgt曲线上作切线求斜率 即可求参 当S lgt曲线已趋向稳定且存在拐点时 则应在拐点位置作切线求斜率 然后根据拐点坐标和斜率求参 S lgt S lgt t0 75 2 绘制S lgr曲线 当有两个以上观测孔时 要求绘制S lgr曲线 以根据曲线斜率计算参数 其中 r表示各观测孔到抽水孔的距离 3 绘制S lg 1 tp tr 曲线S 剩余水位降深意义tp 抽水开始至停止的延续时间tr 停止抽水后的水位恢复时间计算导水系数T作用求抽水前的天然水位求抽水前的给水度u优势 停止抽水后 钻孔水位的恢复不受抽水时流量波动的干扰 计算参数更为准确 76 三 室内资料整理 主要内容有 检验 校核原始观测数据 计算水文地质参数 绘制钻孔抽水试验成果表 编写抽水试验工作总结 钻孔位置图水文地质综合柱状图抽水试验技术资料表各种关系曲线试验数据 参数 涌水量及水质分析成果表 试验的目的要求试验的方法试验的过程试验的主要成果成果质量评述重要的经验教训 77 第四节其他水文地质野外试验 一 放水试验二 注水试验三 渗水试验四 连通试验五 地下水实际流速测定 78 一 放水试验 将放水孔布置在井下巷道内 利用孔口标高低于含水层水位标高的特点 使承压水沿钻孔自流涌入矿井 从而在含水层中形成一定规模的降落漏斗 作用 通过放水量与水压变化的时间关系 来确定含水层和越流层的水文地质参数 研究降落漏斗的形态 大小及扩展过程 分析含水层之间及其与地表水之间的水力联系 确定含水层的边界位置及性质 模拟矿床硫干 为矿井防治水工程的设计和布置提供可靠的水文地质依据 79 放水试验 特点 放水孔在井下施工节省钻探进尺 缩短勘探时间 放水试验主要适用于承压含水层 尤其是对煤层底板构成威胁的承压含水层 且放水是借助干承压水头自流 不需要安装专门的抽水设备 可与其它试验方法相结合 井上下相结合进行观测 扩大水文地质勘探的空间 提高综合性勘探的效果 井下放水试验的水量和降深可以不受抽水设备能力的限制 可以较真实地模拟矿井建设生产过程中的地下水流场特征 使之更接近于排水疏干的实际情况 80 放水试验 规定应进行井下放水的情况 复杂型或极复杂矿井 采用地面水文地质勘探难以查清问题时 煤层顶 底板有含水砂层或岩溶含水层时 受地表水体和地形限制 或受开采塌陷影响 地面无施工条件时 孔深过大或地下水位过深 地面无法进行水文地质试验时 需在井下寻找供水水源时 81 一 井下放水试验的主要技术要求 预计最大涌水量 建立足够的排水系统隔离放水地区与矿井 以确保矿井安全 修筑防水闸门 保证正常的钻探施工条件编制放水试验设计 正式放水前 井上下进行水位 水压和涌水量的统一观测放水过程中 当涌水量 水位难以稳定时 放水延续时间一般不少于10d 15d 选取观测时间间隔应考虑到非稳定流计算的需要 放水中心水位或水压必须与涌水量同步观测放水结束后 停用或报废的钻孔 应及时封堵 并提出封孔报告 82 一 井下放水试验的主要技术要求 钻机必须安装牢固 钻孔应首先下好孔口管 并做耐压试验 正式施工前必须安装孔口闸阀 以保证控制放水量 含水层 83 二 井下放水孔的类型 1 垂直放水孔适用 深 浅部开采水平底板承压含水层放水 最常见 水压表 水阀门 流量表 孔口管 84 2 地面施工的井下放水孔又称地面穿透式井下放水孔 适用 距地面较浅的放水硐室或开采水平 可放煤层顶 底板含水层水 套管 放水巷道 放水装置 85 3 水平放水孔适用 疏干露天矿边坡和顶板探放水特点 通常具有一定的仰角 便于水顺钻孔流出 86 二 注水试验 适用条件 当地下水位埋藏很深不便进行抽水试验 矿井防渗漏需要研究岩石渗透性 透水但不含水 可采用注水试验代替抽水试验 近似测定出岩层的渗透系数 注水试验还可以用于人工补给地下水和废水池下处理研究 目前多采用稳定 定流量 注水方法 87 钻孔注水试验示意 试验时向井内定流量注水 使井中水位拾高 造成水流由井内向周围含水层运动 形