空压机洗井在煤田水文地质勘探中的应用

摘要：抽水试验是煤田水文地质勘探的重要手段，抽水试验取得的水文地质参数用于评价含水层的水文地质条件，而洗井效果的好坏直接影响抽水试验获得的水文地质参数的真实性、准确性，因此选择一种经济有效的洗井方法在煤田水文地质勘探中变的尤为重要，本文结合实际探究空压机洗井在煤田水文地质勘探中的应用。

关键词：空压机；洗井；煤田水文地质

1 空压机洗井的原理

空气压缩机（简称空压机）产生的压缩空气，通过风管送入出水管中（见图下图），与出水管内的水进行混合，使出水管内的水因充满气泡而比重减轻，其出水管内水柱压力就低于管外的水柱压力，于是便产生了压力差，在管内外水柱压力差的作用下，管内混有气体的水就逐渐上升直至排出井口。由于井管内的水不断的被排出，抽水井中的水位就相应下降，产生了动水位，当动水位低于含水层的水头高度时，就形成一个漏斗而产生负压。含水层中的水在负压的作用下不断涌入抽水井中，在水涌入的过程中，井壁的泥皮及渗入地层内的泥浆被随之冲刷掉并被携带排出井外，同时含水层中的细颗粒物质也随之进入井内，以便在过滤管周围形成一个天然的过滤层，达到洗井的目的。另外空压机洗井之所以速度快、效果好的另一个因素是当风管安放在抽水井的过滤器位置时，空压机产生的高压空气直接作用于过滤器，空气对井壁有一正压力，有利于破坏井壁的泥皮，达到洗井目的。

2 空压机洗井设备的安装

空压机用于洗井一般采取同心式安装，在有条件时，风管尽量下至所洗含水层的中部，可减少洗井的时间，如果含水层埋深较大，也应尽量靠近含水层。

风管下入静止水位以下的长度，可用下列公式计算：

开始洗井时，因含水层井壁没有完全打开，这时的静止水位是假水位，这样计算下入风管长度是假水位计算的，所以有时抽水会产生的动水位下降较多的现象，这是因为“沉没比”不够的原因而影响了出水量，因此应根据动水位下降多少适当调整风管的下入深度。

风管没入动水位以下部分的长度与风管全长的比值叫做沉没比，风管的沉没深度越深，即沉没比越大，则空气单位消耗量越小，但所需风压要增加。因此从空压机的额定风压来考虑，随着动水位深度的增加，沉没比值应减少，动水位越浅则沉没比值应越大。沉没比最小不能低于50％，如低于这个数值，就会造成抽水不连续甚至抽不上水。

3 空压机洗井的方法

（1）空压机震荡洗井法

将风管下至含水层的中部，关闭送风开关，等风包储满空气后，迅速打开送风开关，高压气流迅速送入井内，空气对井壁有一正压力，有利于破坏井壁的泥皮，同时使井内水位快速的下降，这样含水层的负压形成也较快，对冲刷井壁的作用也大。待混水抽清后，再反复进行，直至不出混水为止。

（2）空压机与水泵接力洗井法

这种方法多用于含水层埋藏较深，井内泥浆较稠且含水层富水性较差的情况。由于含水层埋藏深度较深（一般指大于200m以上），风管下到含水层中部较困难，风管以下至含水层的泥浆柱，产生的正压力，会抵消含水层的负压，影响含水层的出水量，甚至不出水，这时就需要将泥浆稀释，即在井中下一套钻杆至含水层底部，在开动空压机抽水的同时，开动水泵向井内注入清水，稀释泥浆，达到洗井的目的，此种方法在未抽清以前，一般情况不宜停止送风，应连续抽水和送水，以防止泥砂的沉淀。

4 空压机洗井在煤田水文地质勘探中的应用

内蒙古自治区呼和诺尔煤田煤炭资源详查项目，为内蒙古自治区地质勘查基金项目，详查区总面积达3110 km2，累计投入勘查资金达2亿元，为全国最大的煤田地质详查项目，由于详查区面积较大，含水层富水性存在较大差异，且区内地表有辉河流经，因此水文地质条件较复杂。

全区共布置抽水试验主孔35个，其中20个带1个观测孔，分别对第四系松散孔隙潜水含水层、煤系地层孔隙、裂隙承压含水层及断层破碎带进行抽水试验，全区共抽水48段，含水层埋深由十几米到几百米不等，含水层富水性简单至复杂，这就给洗井增加了难度，使抽水试验洗井任务变的极为艰巨，洗井工作的质量直接影响抽水参数的真实性、准确性，对评价抽水含水层的水文地质特征至关重要。

区域水文地质资料显示，详查区内含水层静止水位较浅，一般为5－40m，适合空压机洗孔作业。钻孔扩孔下管成井后，先用清水将井中的泥浆替换出井，然后安装空压机，空压机型号选用VF-9/7CY柴油移动式压缩机，根据钻孔抽水层位不同采用相应的洗井方法，对于第四系松散孔隙潜水含水层及含水层埋藏较浅的煤系孔隙、裂隙承压含水层采用空压机震荡洗井法，对于含水层埋藏深度较深的煤系孔隙、裂隙承压含水层及断层破碎带采用空压机与水泵接力洗井法，即空压机抽水洗井的同时，开动水泵向井内注入清水，直至含水层被完全打开，排出井外的水含砂量满足规范要求为止。

该区35个抽水主井及20个抽水观测孔均采用空压机洗井法，由于每个井孔含水层的埋深、富水性及厚度各异，洗井的难易程度各不相同，洗井所用的时间也随之改变，一般1－3天均能达到较好的效果，48段水所取得的抽水参数与经验值及区域水文地质规律基本相符，为评价详查区含水层的水文地质特征打下了坚实的基础。

呼和诺尔详查区在井孔多、含水层差异大及施工工期相对较短的条件下，采用空压机洗井作业的工作方式取得了成功，在施工期不到1年的时间内，顺利完成了55个孔的洗孔任务，一方面洗孔质量得到保证，为抽水试验的成功提供了前提条件，其次减少洗孔时间，达到良好的经济效益。

5 结论

（1）空压机洗井具有现场运输、安装简单，出水量大，排砂能力强，能适应不同管径的优点。

（2）随着煤田地质勘查程度的加深及国家对矿井水文地质条件的重视，煤田水文地质工作的任务量增大，对勘查质量也提高了要求，空压机洗井在保证质量的同时，能够缩短施工周期。

（3）空压机洗井也有它的局限性，一般适用于静止水位在60-70m以内的井孔，静止水位较深时，其洗井效果较较差，混有空气的水柱，在上升过程中有一个气水分离的过程，上升的距离越长，分离越多，一部分水又返回孔低，降低出水量，出水量偏小则对井壁的冲刷作用亦小，洗孔效率也降低。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。