变异系数法确定复杂地区钻孔涌水量的应用研究

路乾乾 任华平

（新疆中核天山铀业有限公司，新疆 伊犁835000）

钻孔是地浸采铀的基本通道，由钻孔连接含矿含水层的单井单位涌水量是进行和评价地浸法采铀技术参数之一，一般在地浸采铀试验或生产采区钻孔施工时，采用该区域地质勘探的水文孔涌水量或相邻生产采区运行钻孔的抽注液量作为钻孔施工的验收标准。但在矿层渗透性差，含矿含水层岩性变化复杂的地质条件下，各个矿层区域地下水补给流速有所差异，所施工钻孔的实际水量与验收标准水量相差太大，无法科学合理地评价钻孔涌水量，导致钻孔工程无法验收。有必要通过研究、评价、推荐在未知矿层区域钻孔施工时验收水量，推进钻孔工程施工。

1 影响钻孔验收水量地质因素

钻孔单井涌水量的大小客观取决该区域含矿含水层地下水动力、矿层岩石的性质及渗透性能，主观取决于钻孔施工过程中科学钻进、成井、开发[1]。

1.1 地下水动力

在确保钻孔质量良好的前提下，钻孔涌水量的大小主要取决于周边地下水的补给流速[2]，而地下水流速取决于含矿含水层岩性渗透性能的大小。如某矿床矿化主要产于辨状河流和洪泛沉积，在不同水动力条件下，其沉积物的结构构造特点完全不同。河道沉积，水动力较强，杂基含量少，结构以颗粒支撑为主，透水性好，岩性以粗碎屑的砂砾岩、砂岩为主。砂体间有的存在较好的连通性、渗透性好。洪泛沉积水动力弱，主要沉积一套细碎屑的粉砂、钙质胶结及泥互层，孔隙度小，渗透性差，相对不透水[3]。

1.2 岩石性质

岩石作为地下水的储存介质，对地下水的运移有重要的影响。首先，岩石孔隙的大小、数量及连续性情况影响地下水的分布和运动方向，尤其是岩石的孔隙大小对水的流动影响更大，孔隙度越大，地下水的流速就越快。其次是岩石的分选性越差，岩性变化越复杂，矿层的孔隙度就越小，地下水流向的通道越复杂，钻孔的涌水量就越小。如某矿床含矿含水层岩性变化复杂，不连续透镜状钙质岩和泥岩分布较多，一般为2～5 层，且延续较短，表明了矿层地下水运动的不均匀性，在同一矿层区域钻孔涌水量变化较大。

2 数据统计

2.1 钻孔水量统计

在确保钻孔和洗孔质量合格的前提下，对测量的单井涌水量进行初步数据统计，并根据其不同钻孔结构水量的变化进行区域划分，计算同一区域内钻孔水量出现的频率。如某采区施工28 个钻孔，钻孔采用填砾式结构，抽液钻孔井管规格为Φ148×10mm UPVC 管，注液钻孔井管规格为Φ100×10mm UPVC 管[4]。钻孔施工质量合格，初始涌水量统计如下表1。

表1 钻孔初始涌水量统计表

2.2 钻孔水量均方差的计算

钻孔水量均方差是衡量同区域钻孔水量大小变化的参数，数值越小，说明各个附近地下水动力变化幅度愈小。由于地层变化大，各钻孔的初始涌水量变化大，不宜直接采用均方差，而需采用均方差与平均数的比值来比较。通过钻孔水量均方差、变异系数分析钻孔涌水量波动性大小[5]。

将初始涌水量数据代入公式⑴和⑵计算可知，该采区钻孔涌水量均方差S 为1.01，变异系数C.V 为0.34。

2.3 不同功能钻孔变异系数的计算

在地下水动力相同的情况下，在一定范围之内，钻孔的涌水量与过滤器过水段面积有关[6]。将表1 数据代入公式⑴和⑵，分别计算不同功能钻孔的变异系数。计算出注液钻孔涌水量均方差S 为1.13，变异系数C.V 为0.38；抽液钻孔涌水量均方差S 为0.73，变异系数C.V 为0.25。该区域抽液钻孔涌水量变异系数较注液钻孔小。

3 统计结果确定验收指标

该采区所施工的28 个钻孔初始涌水量为1.5～5.0m3/h 之间，变化范围较大。根据变化范围将其分为1.5～2.0m3/h、2.1～3.0m3/h、3.1～4.0m3/h 和4.1～5.0m3/h 四个区间，根据计算钻孔初始涌水量相同区间内钻孔个数频率、平均水量、均方差及变异系数。通过分析对比，综合评价，得出该区域钻孔验收水量。

表2 抽液钻孔涌水量不同区间变异系数表

表3 注液钻孔涌水量不同区间变异系数表

通过以上数据分析可知，在钻孔涌水量2.0～2.9m3/h 这个区间，钻孔出现的频率、平均涌水量值、均方差及变异系数值较接近。取钻孔涌水量2.0～2.9m3/h 区间钻孔平均涌水量值作为该区域钻孔验收水量的标准。抽液钻孔验收标准2.3m3/h，注液钻孔验收标准2.3m3/h。

4 钻孔验收

在制定钻孔验收水量的标准后，对所施工的钻孔进行验收，在确保钻孔施工和洗孔质量合格的前期下，根据统计数据确定的标准验收水量进行验收。

该区域施工的28 个钻孔，抽液钻孔以2.3m3/h 为验收标准，符合标准钻孔数为8 个，不符合标准钻孔数为2 个；注液钻孔以2.3m3/h 为验收标准，符合标准钻孔数为11 个，不符合标准钻孔数为7 个。根据变异系数法，该区域施工的28 个钻孔，符合标准钻孔数为19 个，不符合标准钻孔数为9 个。

5 结论

在无污染或最小化污染含矿含水层进行地浸采铀钻孔施工，钻孔施工质量合格，钻孔涌水量变化较大，根据生产能力设计的单井涌水量无法达到验收标准，且水文地质条件复杂时，建议采用变异系数法来确定钻孔涌水量指标。