某礦山深部承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算

張心山

(中國黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司，河南 三門峽市 472200)

水文地質(zhì)參數(shù)是礦山開展礦山防治水工作的基礎(chǔ)依據(jù)，礦山一般通過大型抽水試驗(yàn)或關(guān)(放)水試驗(yàn)獲得基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)，然后依據(jù)地下水動力學(xué)井流理論進(jìn)行計(jì)算。由于抽水試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)較多，且地質(zhì)體比較復(fù)雜，故傳統(tǒng)人工非穩(wěn)定流配線法和直線圖解法耗時(shí)較多，有時(shí)結(jié)果差異很大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)礦山含水層水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算多采用加拿大的Aquifertest軟件，該軟件可以采用多種方法計(jì)算，相互驗(yàn)證，提高計(jì)算的時(shí)效和精度[1-3]。

1 深部承壓含水層特征

深部承壓含水層在垂向上受龍?zhí)督M(P2l)相對隔水層的影響，其水位、水溫和水化學(xué)類型均與淺部巖溶—裂隙含水層及地表水差異明顯，說明其與淺部巖溶—裂隙含水層聯(lián)系微弱，屬于相對封閉的深部巖溶承壓含水層；平面上深部承壓含水層在區(qū)域范圍內(nèi)延伸廣泛，地下水儲量巨大。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)資料，該含水層距頂板330 m左右的厚度范圍內(nèi)巖溶較為發(fā)育，向下巖溶發(fā)育程度顯著降低，確定礦區(qū)范圍內(nèi)茅口灰?guī)r含水層的厚度為330 m。

2 抽水試驗(yàn)

本次利用長田一號探礦井針對深部承壓含水層開展大型非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，歷時(shí)5 d，平均抽水量278.5 m3/h，試驗(yàn)中通過ZK27140，ZK22340，ZK23940，ZK6324，ZK5532水文觀測孔觀測深部承壓水水位，其中水位降深最大的是ZK23940觀測孔，其水位下降了 6.28 m；水位降深最小的是ZK5532觀測孔，其水位下降了 0.95 m，各深部承壓水位觀測孔與抽水孔之間距離及最終降深如表1所示。

表1 各觀測孔距抽水孔距離及最終降深

3 非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)參數(shù)求解

針對長田一號探礦井大型非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，為提高計(jì)算準(zhǔn)確性及其精度，分別利用Aquifertest軟件中的泰斯標(biāo)準(zhǔn)曲線配比法和Cooper-Jacob直線圖解法計(jì)算深部承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)[4-5]。

3.1 泰斯標(biāo)準(zhǔn)曲線配比法

根據(jù)泰斯標(biāo)準(zhǔn)曲線配比法原理，對ZK22340、ZK27140、ZK5532、ZK23940和ZK6324共5個(gè)深部承壓含水層水文觀測孔在抽水試驗(yàn)中的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果如圖1所示，整體擬合較好。通過軟件計(jì)算平均滲透系數(shù)K=0.572 m/d，平均彈性給水度μ*=1.28×10-3，具體參數(shù)如表2所示。

圖1 各觀測孔觀測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線對比法擬合曲線

表2 泰斯標(biāo)準(zhǔn)曲線配比法計(jì)算結(jié)果

3.2 Cooper-Jacob直線圖解法

當(dāng)u≤0.05時(shí)，泰斯公式簡化為Cooper-Jacob公式。通過Aquifertest軟件基于Cooper-Jacob時(shí)間—降深直線法原理，對ZK22340、ZK27140、ZK5532、ZK23940和ZK6324共5個(gè)深部承壓含水層水文觀測孔在抽水試驗(yàn)中的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，部分鉆孔擬合結(jié)果如圖2所示，通過軟件計(jì)算平均滲透系數(shù)K=0.621 m/d，平均彈性給水度μ*=1.381×10-3，計(jì)算的含水層具體參數(shù)如表3所示。

圖2 部分鉆孔擬合曲線

3.3 計(jì)算結(jié)果對比分析

利用Aquifer Test軟件中的Theis和Cooper—Jacob理論分析法求解礦區(qū)深部承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，各孔的水文地質(zhì)參數(shù)有一定的差異，說明含水層具有明顯的各向異性；Cooper—Jacob理論分析法為簡化的Theis計(jì)算法，因此計(jì)算結(jié)果有一定的差異，根據(jù)表2和表3兩種方法計(jì)算的單孔滲透性最大差值為0.096(ZK27140)，最小差值為0.004(ZK27140)，符合要求。同樣其計(jì)算的彈性給水度誤差也基本可控，說明計(jì)算結(jié)果比較可靠。從圖1和圖2對比可以看出，Theis標(biāo)準(zhǔn)曲線法的擬合效果相對于Cooper—Jacob理論分析法的擬合效果更好，因此其更能反映含水層的真實(shí)情況，因此選擇Theis標(biāo)準(zhǔn)曲線法的計(jì)算結(jié)果作為本次抽水試驗(yàn)計(jì)算的含水層水文地質(zhì)參數(shù)，即深部承壓含水層的滲透系數(shù)K=0.572 m/d，彈性給水度μ*= 1.28×10-3。

表3 Cooper-Jacob直線圖解法計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語

本次抽水試驗(yàn)表明，利用Aquifertest軟件可以方便、快捷地計(jì)算含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，并且該軟件包含多種計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果可以相互校驗(yàn)，并可以結(jié)合擬合結(jié)果科學(xué)合理地選取含水層水文地質(zhì)參數(shù)。