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水文地质钻孔压(注)水试验的设备仪器及方法
来源:地大热能 2014-12-09
  钻孔压水试验指在钻孔中,用专门的止水设备隔离试验段,以一定水头向孔中压水,测量其所吸收的水量,以确定裂隙岩体透水性的一种原位试验方法。根据止水栓塞型式的不同,有单管水压式、单管预压式、气压式和双管循环式四种。
 
  钻孔压水试验的主要仪器设备
 
  钻孔压水试验的主要仪器设备有止水栓塞、供水设备、量测设备等:
 
  ①止水栓塞,止水栓塞与孔壁应有良好的适应性,止水可靠,栓塞长度应大于8倍的孔径,操作方便;止水栓塞用得较多的有单管水压式、单管预压式、气压式和双管循环式四种。
 
  ②供水设备,试验时可根据具体情况选择,当地形条件许可时,宜采用自流供水方法;勘探钻孔多采用双缸或三缸往复式水泵供水,因此压水试验多采用钻探用供水水泵,在水泵出口处应安装稳压空气室,其容积应大于5L;供水水泵应出水均匀,压力稳定,并能保持压力表指针的摆动幅度允许偏差为正负2格最小刻度。
 
  ③量测设备包括压力表、流量计、水位计与时钟。压力表精度应达到2.5级,卸压后指针应归零。压力表的总压力值应在压力表极限压力值的1 /3一3 /4之内;流量计宜采用水表或量桶。使用水表测流量时,所测流量应在相应规格的公称流量与分界流量之间。水表应定期进行专门性的校验。使用量桶测量流量时,量桶断面上下应均一,面积不应大于0.5m2,量桶内要有防止水面波动的设施;水位观测宜采用电测水位计,电测水位计的导线,应使用防水的胶质线,测头应清洁,防止漏电,导线长度标志应进行校验。时钟应选用带秒针的钟表或秒表。
 
  试验方法
 
  ⑴ 一般技术要求  压水试验钻孔必须采用清水钻进,严禁用泥浆或浑水钻进。预定安臵栓塞部位的孔壁应保证平直完整。覆盖层与基岩之间应下套管隔离,套管接头不得漏水,管脚处应严密止水。
 
  钻孔冲洗:压水试验前,试验段必须先进行冲洗。洗孔方法有采用压水法和抽水法。如钻孔内岩粉、沉淀物比较多,应先用带取粉管的钻具捞粉,取粉管顶端到钻具底部的全长不应大于2m;钻孔冲洗 压水法用的比较多,用清水并以水泵的最大流量冲洗钻孔,冲洗过程中导水管应经常上下移动;采用抽水法洗孔时,应根据试段的透水性选用抽水设备,使用提筒抽水时,提筒应臵于孔底,并连续提水。洗孔的总时间不应少于1h,同时应符合:钻孔底部无沉淀的岩粉;回水或抽出的水清洁,经肉眼鉴定无沉淀物。
 
  钻孔压水试验方法:宜采用自上而下的分段压水法进行。
 
  试验段长度:试验段长度宜为5m,对透水性较强的岩层和某些特殊孔段,试验段长度可根据具体情况确定,同一试验段不应跨越透水性相差悬殊的几种岩层。在钻进中,如冲洗液突然消失或耗水量急剧增大,应停钻进行压力试验。相邻试验段之间应互相衔接,可少量重叠,不应漏段。当栓塞止水无效时,应将栓塞向上移动,但不宜超过上一试验段栓塞的位臵。我们在矿山帷幕注浆工程中,由于钻孔较密,试验段长度采用5~30m,如钻进过程中遇到溶洞,则穿过溶洞就停钻压水、注浆。
 
  试验压力阶段与压力值: 压力阶段按一个压力阶段进行;压水试验的总压力值和设计水头高度相适应,当设计水头低于30m时,宜采用30m垂直水柱的压力。当试验段漏水量过大而达不到预定压力,或水位不能到达井口,则应改为钻孔注水试验。压水试验的总压力可采用下式计算:
 
  P= Pa +PZ-PS
 
  式中 P—实验段的实际平均压力(MPa)
 
  Pa—压力表压力(MPa)
 
  PZ—压力表中心至压力计算零线的水柱垂直压力(MPa)
 
  PS—压力损失(MPa)
 
  压力计算零线的确定:
 
  ①地下水位在试段以下时,压力计算零线为通过试段1/2处的水平线;
 
  ②地下水位在试段以内时,压力计算零线为通过地下水位以上试段1/2处的水平线;
 
  ③地下水位在试段以上时,压力计算零线为地下水位线。
 
  静止地下水位观测:每次压水试验前,均应观测孔内的相对静止水位,每10min观测一次,当连续三次观测读数的变化速度均小于0.01m/min时(即每相邻两次水位观测波动误差不大于1公分)工作即可结束,并以最后一次测得的水位作为压力计算零线;
 
  水泵安装应将吸水龙头包1~2层孔径小于2mm的过滤网,水龙头离水池底部宜不小于0.3m。在出水口上安装可灵活调节的阀门。输水工作管不得有破裂、弯曲和堵塞,接头不应漏水。
 
  止水胶塞的安装:在安装止水胶塞前,应验证孔深,并根据试段位臵,确定工作管的总长度。止水胶塞必须加压检查,合格后方可下入孔内。止水胶塞放在预定位臵后,应加压或充水使栓塞膨胀,检查止水效果。止水胶塞安装后,应准确测量工作管的机上余尺,求出止水胶塞的深度和试段长度,必要时并绘制栓塞安装草图。
 
  压力表的安装:使用双管循环式栓塞压水时,管路充水后,要放出留有在压力表下部的气体;使用单管栓塞时,压力表应安装在水表和调水阀的后面。
 
  水表的安装:水流方向应与水表箭头所示方向一致,字盘应保持水平;水表内过滤网要保持清洁完好。
 
  正式压水试验之前,应进行不少于20min的试验性压水,其压 力值应为正式压水时的压力值。
 
  ⑵试验及技术要求
 
  ①试验时,压力应保持稳定,每10min测读一次压人流量和压力值。
 
  ②试验结束标准,当试验成果符合下列标准之一时,试验工作即可结束,并以最终流量读数作为计算流量:a.当流量大于5 L/min时,连续四次读数,其最大值与最小值之差小于最终值的10 % b.当流量小于5 L/min时,连续四次读数,其最大值与最小值之差小于最终值的20 %;c.连续四次读数,流量均小于0.5 L/min。
 
  ③压水试验过程中,必须在流量观测的同时测定管外水位的变化,当发现管外水位上升,且上升速度大于水位观测的上升速度 时,应及时检查分析原因,并立即采取措施。
 
  ④压水试验过程中,应对可能受影响的坑、孔、井、泉以及水 沿裂隙渗出地表等情况进行检查,并进行观测和记录。
 
  ⑤压水试验结束前,要认真检查记录是否齐全、正确、清晰, 如有错误要及时纠正。
 
  资料整理
 
  成果计算,单位吸水量ω应按下式计算:
 
  ω=Q∕(L×P)  式中ω—单位吸水量(L/min.m.m);
 
  Q—钻孔压水的稳定流量(L/min)
 
  P—该试段压力时所加的总压力(N/cm2)
 
  L—试段长度(m)。
 
  渗透系数K值不宜以压水试验成果进行换算,但有要求时,可作为参考值按下列公式计算。当试段底部距离隔水层的深度大于试段长度时:
 
  K=0.527ω〃㏒( 0.66L∕r )
 
  当试段底部距离隔水层的深度小于试段长度时:
 
  k=0.527ω〃㏒(1.32L∕r )
 
  式中k—渗透系数(m/d)
 
  r—钻孔半径(m);
 
  L—试段长度(m)。
 
  应将单位吸水量ω值表示在有钻孔结构、试段深度、相应标高等内容的地质柱状图中。单位吸水量ω值应表示于地质剖面图中相应钻孔的相应深度处,必要时尚可表示出单位吸水量ω的分界线。确定单位吸水量ω分界线的标准。
 
  由于科技的进步与发展,钻孔压水试验,我们基本能夠做到在钻孔的任意深度或钻孔的任意部位(段)的上、下位臵同时止水、进行压水试验。试验采用自下而上分段压水,流量与压力观测采用自动记录仪。
 
  在赵家湾铜铁矿、大冶铁矿补充水文地质勘察工程中均采用了自下而上,在试验段上、下同时止水的工艺、流量与压力观测采用自动记录仪,大大节省了单孔压水试验工作的时间,因此对所有的钻孔全孔进行了压水试验,为矿区水文地质条件的评价,含水隔水层的划分,埋藏深度、含水层的富水性等提供了丰富、可靠的水文资料。

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