抽水试验

第一章基本要求掌握抽水试验的目的、分类、方法及抽水试验准备工作。抽水试验的目的(1)确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数K、导水系数T、给水度m、弹性释水系数m*、导压系数a、弱透水层渗透系数K'、越流系数b、越流因素B、影响半径R等。(2)通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。(3)为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号。(4)确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采量。(5)查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。抽水试验分类抽水试验主要分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水。（1）单孔抽水试验：仅在一个试验孔中抽水，用以确定涌水量与水位降深的关系，概略取得含水层渗透系数。（2）多孔抽水试验：在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。通过多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件等。（3）群孔干扰抽水试验：在影响半径范围内，两个或两个以上钻孔中同时进行的抽水试验；通过干扰抽水试验确定水位下降与总涌水量的关系，从而预测一定降深下的开采量或一定开采定额下的水位降深值，同时为确定合理的布井提供依据。（4）试验性开采抽水试验：是模拟未来开采方案而进行的抽水试验。一般在地下水天然补给量不很充沛或补给量不易查清，或者勘察工作量有限而又缺乏地下水长期观测资料的水源地，为充分暴露水文地质问题，宜进行试验性开采抽水试验，并用钻孔实际出水量作为评价地下水可开采量的依据。抽水试验的方法单孔抽水试验采用稳定流抽水试验方法，多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试验一般采用非稳定流抽水试验方法。在特殊条件下也可采用变流量(阶梯流量或连续降低抽水流量)抽水试验方法。抽水试验孔宜采用完整井(巨厚含水层可采用非完整井)。观测孔深应尽量与抽水孔一致。抽水试验准备工作(1)除单孔抽水试验外，均应编制抽水试验设计任务书；(2)测量抽水孔及观测孔深度，如发现沉淀管内有沉砂应清洗干净；(3)做一次最大降深的试验性抽水，作为选择和分配抽水试验水位降深值的依据；(4)在正式抽水前数日对所有的抽水孔和观测孔及其附近有关水点进行水位统测，编制抽水试验前初始水位等水位线图，如果地下水位日变化很大时，还应取得典型地段抽水前的日水位动态曲线；(5)为防止抽出水的回渗，在预计抽水影响范围内的排水沟必须采取防渗措施。当表层有3m以上的粘土或亚粘土时，一般可直接挖沟排水。(6)需要对多层含水层地下水进行分层评价时，应分层进行抽水试验，或用井中流速、流量仪解决分层抽水问题。抽水试验工作量要求见表4-1。表4-1抽水试验工作量一览表 勘察阶段 试验类别 孔隙水 岩溶水 裂隙水 初步勘察阶段 单孔抽水 抽水钻孔占控制性勘探孔(不包括观测孔)数的百分比/% >60 凡具有供水价值和对参数计算有意义的钻孔均应抽水 稳定时间/h 8～24 多孔抽水 抽水孔组数 每个有供水价值的参数区至少1组 最短延续时间/d 7 10 详细勘察阶段 群孔干扰抽水 抽水孔组数 1 总抽水量占提交可开采量的百分比/% >30 >50 最短延续时间/d 10 15 试验性开采抽水 抽水孔组数 1* 1 总出水量 接近需水量 最短延续时间/d 30(枯水期进行)*凡作了群孔干扰抽水试验的水源地，可不作试验性开采抽水试验。第二章抽水试验孔布置要求抽水孔的布置要求抽水孔的布置应符合下列要求：(1)对勘察区水文地质条件具有控制意义的典型地段，应布置单孔抽水试验孔，根据单孔抽水试验资料计算的水文地质参数编制参数分区图；(2)多孔抽水试验孔组，一般参照导水系数分区图，并结合水文地质条件布置，每个有供水意义的参数区至少布置一组，其抽水试验资料所求参数可作为该区计算参数(不用平均参数)；(3)群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验应在拟建水源地范围内，选择有代表性的典型地段，并结合开采生产井布置。观测孔的布置要求观测孔的布置应符合下列要求：(1)为了计算水文地质参数，在抽水孔的一侧宜垂直地下水的流向布置2~3个观测孔。(2)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。(3)群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验应在抽水孔组中心布置一个观测孔；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。(4)多孔抽水孔组的第一个观测孔应尽量避开三维流的影响，相邻两观测孔的水位下降值相差不小于，最远观测孔的下降值不宜小于，各观测孔应在对数数轴上呈均匀分布。(5)在半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。(6)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。第三章稳定流抽水试验要求水位降深稳定流抽水试验一般进行三次水位降深，最大降深值应按抽水设备能力确定。水位降深顺序，基岩含水层一般宜先大后小，松散含水层宜按先小后大逐次进行。涌水量及水位变化在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一定范围内波动，而且没有持续上升或下降的趋势。当水位降深小于10m，用压风机抽水时，抽水孔水位波动值不得超过10~20cm；用离心泵、深井泵等抽水时，水位波动值不超过5cm。一般不应超过平均水位降深值的1％，涌水量波动值不能超过平均流量的3％。注意：①当有观测孔时，应以最远观测孔的动水位判定；②应考虑自然水位影响；③在滨海地区应考虑潮汐对动水位的影响。观测频率及精度要求(1)水位观测时间一般在抽水开始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，以后每隔30min观测一次，稳定后可延至1h观测一次。水位读数应准确到厘米（cm）；(2)涌水量观测应与水位观测同步进行；当采用堰箱或孔板流量计时，读数应准确到毫米（mm）；注意：为保证测量精度要求，可根据流量大小，选用不同规格的堰箱。当流量小于10L/s时，堰箱断面面积应大于25dm2(即×；流量为10~50L/s时，堰箱断面面积应大于100dm2(即1×1m)；流量为50~100L/s时，堰箱断面面积应大于200dm2(即1×2m)。(3)水温、气温宜2～4h观测一次，读数应准确到℃，观测时间应与水位观测时间相对应。恢复水位观测要求停泵后应立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同。若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。试验结束后应测量孔深，确定过滤器掩埋部分长度。淤砂部位应在过滤器有效长度以下，否则，试验应重新进行。第四章非稳定流抽水试验要求钻孔涌水量钻孔涌水量应保持常量，其变化幅度不大于3％。抽水延续时间抽水延续时间除满足表4-1的要求外，并可结合最远观测孔水位下降与时间关系曲线[S(或Δh2)-lgt]来确定。(1)当S(或Δh2)-lgt曲线至拐点后出现平缓段，并可以推出最大水位降深时，抽水方可结束；注意：在承压含水层中抽水，采用S-lgt曲线，在潜水含水层中抽水采用Δh2-lgt曲线。Δh2是指潜水含水层在自然情况下的厚度H和抽水试验时的厚度h的平方差，即Δh2＝H2-h2。(2)当S(或Δh2)-lgt曲线没有拐点或出现几个拐点，则延续时间宜根据试验的目的确定。观测频率及精度要求观测频率及精度应符合下列要求：(1)水位观测宜按第、1、、2、、3、、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、75、90、105、120min进行观测，以后每隔30min观测一次，其余观测项目及精度要求可参照稳定流抽水试验要求进行；(2)抽水孔与观测孔水位必须同步观测；(3)抽水结束后，或试验期间因故中断抽水时，应观测恢复水位，观测频率应与抽水时一致，水位应恢复到接近抽水前的静止水位。群孔干扰抽水试验要求群孔干扰抽水试验除按非稳定流抽水要求进行外，还应满足下列要求：(1)干扰孔之间的距离，应保证一孔抽水，使另一孔产生一定的水位削减；(2)水位降深次数应根据设计目的而定，一般应尽抽水设备能力做一次最大降深；(3)各干扰孔过滤器的规格和安装深度应尽量相同；(4)各抽水孔抽水起、止时间应该相同；(5)试验过程中，宜同时对泉和可能受影响的地表水点进行水位、流量和水温的观测。试验性开采抽水试验试验性开采抽水试验除按群孔干扰抽水要求进行外，还应满足下列要求：(1)抽水试验一般在枯水期进行；(2)抽水钻孔总涌水量尽量接近设计需水量；(3)水位下降漏斗中心水位稳定时间不宜少于一个月；(4)若水位不能达到稳定，应及时调节总涌水量，使其达到稳定。第五章抽水试验资料整理及参数确定方法抽水试验资料整理试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、技术柱状图、钻孔平面位置图等。并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。多孔抽水试验还应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S-t、S-lgt曲线、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。注意：①要消除区域水位下降值；②在基岩地区要消除固体潮的影响；③傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。稳定流抽水试验求参方法求参方法可以采用Dupuit公式法和Thiem公式法。1.只有抽水孔观测资料时的Dupuit公式承压完整井：潜水完整井：式中K——含水层渗透系数(m/d);Q——抽水井流量(m3/d);sw——抽水井中水位降深(m);M——承压含水层厚度(m);R——影响半径(m);H——潜水含水层厚度(m);h——潜水含水层抽水后的厚度(m);rw——抽水井半径(m)。2.当有抽水井和观测孔的观测资料时的Dupuit或Thiem公式承压完整井：Thiem公式：潜水完整井：Thiem公式：式中hw——抽水井中水柱高度(m);h1、h2——与抽水井距离为r1和r2处观测孔（井）中水柱高度(m)，分别等于初始水位H0与井中水位降深s之差，h1=H0–s1；h2=H0–s2。其余符号意义同前。当前水井中的降深较大时，可采用修正降深。修正降深s’与实际降深s之间的关系为：非稳定流抽水试验求参方法承压水非稳定流抽水试验求参方法配线法在两张相同刻度的双对数坐标纸上，分别绘制Theis标准曲线W(u)-1/u和抽水试验数据曲线s-t，保持坐标轴平行，使两条曲线配合，得到配合点M的水位降深[s]、时间[t]、Theis井函数[w(u)]及[1/u]的数值，按下列公式计算参数（r为抽水井半径或观测孔至抽水井的距离）：以上为降深——时间法（s-t）。也可以采用降深---时间距离法（s-t/r2）、降深---距离法（s-r）进行参数计算。直线图解法当抽水试验时间较长，u=r2/(4at)<时，在半对数坐标纸上抽水试验数据曲线s-t为一直线（延长后交时间轴于t0，此时s=），在直线段上任取两点t1、s1、t2、s2，则有拐点半对数法对半承压完整井的非稳定流抽水试验（存在越流量，K’/b’为越流系数），当抽水试验时间较长，u=r2/(4at)<时，在半对数坐标纸上抽水试验数据曲线s-t，外推确定最大水位降深Smax，在s-lgt线上确定拐点Si=Smax/2，拐点处的斜率mi及时间ti，则有求4.水位恢复法当抽水试验水位恢复时间较长，u=r2/(4at)<时，在半对数坐标纸上绘制停抽后水位恢复数据曲线s-t，在直线段上任取两点t1，s1，t2，s2，则有5.水位恢复的直线斜率法当抽水试验水位恢复时间较长，u=r2/(4at)<时，在半对数坐标纸上绘制停抽后水位恢复数据曲线s-t，直线段的斜率为B，则有潜水非稳定流抽水试验求参方法潜水参数计算可采用仿泰斯公式法、Boulton法和Numan法。1.仿泰斯公式法式中H0、hw——初始水头及抽水后井中水头；W(u)——泰斯井函数；Q——抽水井的流量(m3/d)；r——到抽水井的距离(m)；t——自抽水开始起算的时间(d)；T——含水层的导水系数(m2/d)；T=Khm；hm——-潜水含水层的平均厚度(m)；K——含水层的渗透系数(m/d)；?a---含水层的导压系数(1/d)m——潜水含水层的给水度。具体计算时可采用配线法、直线图解法、水位恢复法等。2.潜水完整井考虑迟后疏干的Boulton公式式中：抽水早期：抽水中期：抽水晚期：可根据抽水早期、中期、晚期的观测资料，采用相应的方法计算参数。法对于潜水含水层完整井煤矿水害防治水化学分析方法MT／T672—1997中华人民共和国煤炭工业部1997—12—30批准1998—06—01实施前言本标准以煤矿水害防治为目的，为提高水源判别及水害预测的可靠性，选择出有效的检验项目及检测成果的应用方法。提出了我国煤矿水害防治水化学成分检测方法范围和分析途径。本标准适用于我国煤矿和相类似的矿床。本标准不是水质具体项目检测方法的标准。附录A是标准的附录。附录B是提示的附录。本标准由煤炭工业部科教司提出。本标准由煤矿安全标准化技术委员会归口。本标准起草单位：煤炭科学研究总院西安分院。本标准主要起草人：倪平哲。本标准委托煤矿安全标准化技术委员会水害防治及设备分会负责解释。1范围本标准适用于煤矿水化学成分的检测。是制定矿区水化学成分检测规划、编制设计、检测报告的依据。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB／T8538—1995饮用天然矿泉水检验方法MT／T201—1995煤矿水中氯离子的测定方法MT／T202—1995煤矿水中钙离子的测定方法MT／T203—1995煤矿水中钙离子和镁离子的测定方法MT／T204—1995煤矿水碱度的测定方法MT／T205—1995煤矿水中硫酸根离子的测定方法MT／T206—1995煤矿水硬度的测定方法3水化学检测项目及资料整理要求3．1确定检测项目的根据按GB／T8538—1995标准，从水害防治角度出发，水化学分析检测内容可选择常量离子分析；微量元素分析；放射性元素分析；同位素分析。3．2水化学检测项目3．2．1主要离子分析项目：阴离子：Cl—、SO42—、HCO3—、CO32—、NO3—、NO2—；阳离子：Ca2十、Mg2十、Na十、K十、Fe2十、Al3十、NH4十。3．2．2其他化学组分：pH、酸度、碱度、各类硬度、SiO2、耗氧量(COD)、溶解氧、H2S、干涸残余物、CO2等；3．2．3部分微量元素：F、Br、I、B、P等；3．2．4同位素：D(氘)、18O、3H、34S、14C、U、Ra、Th、Rn等。3．3资料整理要求3．3．1应将水样编号、分析编号、采集地点、时间、含水层、标高、出水形式、涌水量、水温、分析要求、采样人及备注等，记录在附录A表A1中。3．3．2主要阴阳离子分析结果用mg／L、meq／L和meq/L％表示。∑K(阳离子meq总量)和∑A(阴离子meq总量)分析结果应接近平衡。3．3．3主要离子meq％大于25参加评定水质类型；介于20～25的成分作为参考成分，并用括号区别，如：HCO3—Ca·Mg，HCO3·SO4—Ca·(Mg)等。3．3．4对同一矿区各种水样的K++Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3—、SO42—、Cl—的meq％汇集于附录A表A2中的水化学类型三线图中，在图上圈出不同水化学类型区间，可直观的了解水化学演变趋势。3．3．5对重点取样点，应绘制出水化学动态变化曲线图，以了解地下水的动态变化。3．3．6稳定同位素18O、D检测值按δ18O‰、δD‰(相对标准平均海水的千分值)表示。并将矿区各水样所测同位素标入(δD‰—δ18O‰)坐标系中，同时标出全球大气降水线δD＝8δ18O+10以作参照。3．3．7根据试验矿区所测得水化学同位素资料的相关性，进行系统化整理，从中找出规律性的分布和变化。反映水化学规律的水化学图件是水化学研究的重要手段。这些图件包括：矿区水化学类型分区图、各种离子等值线图、相关离子比例等值线图、特定离子对同位素值关系图、放水试验中离子等值线图、相关离子比例等值线图、特定离子对同位素值关系图、离子和同位素对时间关系图等。4水样采集处理和项目检测4．1水样采集4．1．1矿区地面的水样采集应选择有代表性地点，如泉水、抽放水钻孔、抽水机井和供水孔等。对于临时为采样而抽水的钻孔，应抽放出相当于钻孔内贮水的2～3倍水量之后再采集水样。不抽水的钻孔不宜取样。4．1．2矿坑井下含水层水样应采集钻孔涌水、放水孔出水、突水点水、井筒或巷道淋水点的淋水。4．1．3采集时应在现场测量水温，观察和描述水的外观物理性质(色、嗅、味、肉眼可见物质等)，并尽可能在现场测量pH值。4．1．4取样后及时将填好的标签贴在水样瓶上，并填好送样单注明特殊要求。4．1．5盛水样容器应清洗干净，并用水样水涮洗3次以上。4．1．6水样采集后应认真仔细密封。4．2水样处理和保存水样采集后应按要求尽快分析，部分易变的元素和组分必须预处理后方可送样。4．2．1原水样：水样不加任何保护试剂处理，可供测定的项目有pH值、游离CO2、HCO32—、CO32—、NO3—、NO2—、Cl—、SO42—、HPO42—、F—、Br—、I—、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、硬度、NH4+、HBO2、耗氧量、SiO2等。水样量不少于2000mL。4．2．2酸化水样：如果水样因其他要求需进行多种金属离子分析，则需进行现场酸化处理。其方法是用容量1000mL的干净容器，用欲取水冲洗后，加入5mL1：1硝酸溶液，转动容器使酸浸润内壁再装满水样摇匀，使水样pH≤2，密封，此水样可供测定Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe、Ni、Co、总Cr、Hg、Li、Be、Sr、Ba、Ag、V等。如要精确测定水中Fe2+、Fe3+时需要另取水样250mL于容器中，加入2．5mL1：1硫酸摇匀、密封，供化学方法比色分析。4．2．3测定硫化物的水样需单独处理：在容量500mL硬质玻璃瓶中加入10mL20％醋酸锌溶液和1mL1mol氢氧化钠溶液，然后注满水样(近满)塞紧橡皮塞摇匀密封，在标签上注明外加试剂准确量。4．2．4水样的pH、CO2、Rn需取样后尽快检测，如果水样中HCO3—含量大于1000mg／L也需在取样后立即测定。4．2．5环境同位素D、18O、T水样不作任何处理，要密封运送，避免蒸发分馏。4．3检测方法常量离子Ca2+、Mg2+、SO42—、Cl—、HCO3—、CO32—、总硬度按MT201、MT202、MT203、MT204、MT205、MT206标准检测。其他项目按GB／T8538进行。5判别水源基本方法对矿井造成威胁的水源主要来自厚层灰岩岩溶水、其他强富水含水层或地表水。不同水源存在环境和水交替强弱的信息在水化学特征上的表现不同，因此水化学特征的分析研究，是判别矿井突水来源的有效方法。对于可能发生井下突水的矿井，应建立矿区各含水层水化学档案，以便有准备的应付突水事故，做到快速准确地判别水源。水源判别的技术要求如下：5．1“按3．2”检验项目和要求采集各含水层水样，并按GB／T8538进行检测。5．2“按3．3”系统地整理各项检测资料，列出各主要含水层的典型水化学特征，并着重根据以下检测资料判别水源。5．2．1关于以主要离子的毫克当量比值确定突水水源见附录B(B1)。5．2．2关于以水样中NH4+、NO2—、NO3—、COD和部分微量元素Mn2+、Fe3+、Br—、H2S等含量值确定地下水的地化环境和氧化还原条件见附录B(B2)。5．2．3关于以放射性元素的特征判别地下水水源见附录B(B3)。5．2．4关于以同位素特征判别地下水水源见附录B(B4)。5．3结论的相互验证：环境同位素研究结果与水化学各种组分分析结果以及氡的分布规律等结论必须相互一致，彼此验证，并画出相应的对比曲线进行结果比较，使其结论更符合客观实际。6煤矿水害防治水化学检测研究报告报告主要内容应包含：反映通过上述工作过程和采用的技术方法；建立矿区不同含水层资料档案，指出不同水源的差别和联系，提出判别主要指标；对井下突水中的混合水从水质上进行混合比例计算；应用水文地球化学理论研究和描述试验矿区地下水贮运规律，掌握不同含水层水源现状，并预测水源变化趋势。通过上述研究试验，不仅可以快速判别矿井各突水点水体来源，而且对矿井突水发生和变化趋势作出预测预报，为矿井防治水提供依据。