浅谈柳树岭西沟供水管井设计与成井

2013-01-17施泽龙

资源环境与工程 2013年4期

施泽龙，孙健

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130012)

1 概况

柳树岭西沟附近村民，原来生活用水主要取自柳树岭西沟沟口处的沟溪，由于附近采石场的超量开采、盲目爆破，致使沟溪水下泄干枯。给附近的村民生活用水带来了严重的困难。为了解决柳树岭西沟附近村民生活用水问题，依据对西沟附近的水文地质条件的详细勘察及饮用水标准、用水量等特定条件，对该处供水管井进行了有针对性的参数确定、管井结构设计、成井工艺选择。

2 管井成井条件

2．1 地质条件

地质勘探资料显示，西沟一带地下0．00～7．00 m为黏土夹块石砂砾石，灰—灰褐色，其中黏土占45．9%，块石占 28．5%，砂砾石占 25．6%;7．00 ～12．90为块石含粘土灰—黄褐色，其中块石占55．7%，黏土占 29．5%，粉粒占 14．8%;12．90 ～120．60 m 砂岩，其中12．90～24．60 m岩石破碎，渗透系数 k=16．0 m/d;24．60 ～64．00 m 岩石致密坚硬、裂隙较发育，渗透系数 k=25．6 m/d;64．00 ～87．5 m 砂岩构造破碎带渗透系数 k=18．3 m/d;87．50 ～92．00 m 砂岩断层破碎带，渗透系数 k=15．4 m/d;92．00 ～120．60 m砂岩构造破破碎带。

2．2 水文条件［1］

勘探孔附近地下水有三种类型:黏土夹块石砂砾石层及块石含粘层含松散层孔隙潜水，水量比较贫乏，水化学类型以重碳酸钠、重碳酸氯化钠型为主，pH值在7．5～8．2之间，为中性—弱碱性水。砂岩层64 m以上及砂岩构造破碎带基岩裂隙水(其中砂岩64 m以上地层为孔隙水、潜水下泄区段)，水化学类型比较简单，以重碳酸钠型、钠钙型、钠镁钙型为主，矿化度＜1．0 g/L，水量较少。第三系孔隙承压水，埋深为64．0～92．0 m，层位稳定，成岩作用差，胶结微弱，极有利于地下水赋存及运移。松散层孔隙潜水位于第四系的黏土夹块石砂砾石土层及块石含粘土灰层，受大气降水补给，向沟坡下游排泄;第三系孔隙承压水受岩性构造控制，接受侧向径流补给同时受大气降水及潜水越流补给。

勘察孔抽水试验结果为:出水量29 m3/d;初见水位1．20 m;动水位70 m。

2．3 取水要求

该区生产、生活用水量:20 m3/d。水质符合国家饮用水卫生标准。

井的使用寿命保证在50年左右。

3 管井主要参数设计［2］

3．1 管井井径确定

井管直径取决两个条件:根据井的生产能力及扬程要求选取的水泵外壁尺寸;过水断面满足一定的出水要求。

最低动水位按降深为含水层厚度50%控制，得出最低动水位埋深为78 m左右。开采井要求的出水能力为不小于20 m3/d，可选用150 QJ6．5-88．5/9 型潜水泵，机组最大外径145 mm，放入最小井径150 mm，扬程88．5 m，故管井井内径满足水泵使用要求应不小于150 mm。

基于取水孔段埋藏较深、成岩条件差孔壁不稳定;及井的使用寿命要求，对井管的同心度、强度、耐久性要求较高，以及合理经济要求选择:172 mm铸铁井管，内径152 mm壁厚10 mm，

人工填砾径向单面厚度一般按50～100 mm控制;为更有效的过滤含水层的地下水，防止井淤，保证管井的使用寿命;填砾厚度取经验值的100 mm，因此填砾井段的井径为272 mm。

依据非承压含水层出水量与井径的关系经验曲线、承压含水层出水量与井径的关系经验曲线，及合理的钻探孔径级配;确定管井的井径为300 mm。

3．2 管井井深确定

管井井深的确定主要依据含水层位置、地层结构情况;该供水井地下水埋藏较深，且地下水补给条件较差，属相对贫水地层。勘察资料揭示该水井取水位置最深层底深92．00 m，供水井总深度按最深层可开采水底版深度增加2～10 m沉砂管长度计;管井总深度确定为 96．00 m。

3．3 过滤器确定及设置

该区取水含水层为砂岩破碎、砂岩断层破碎带地层，故过滤器类型采用单层填砾过滤器，过滤管孔隙率按30%考虑，过滤管每节长4 m或6 m，两端各留出15～20 cm不开孔，过滤管下部接4 m同直径的封底沉淀管。滤水管的有效长度按下式计算:

式中:L为滤水管的有效长度(m);A为滤水管的外表面积(m2/s);V为进水渗透速度(m/d)。

过滤器应分段安置，分别在砂岩破碎层孔深12．9～24．60 m和砂岩断层破碎带地层孔深64．00～92．00 m处，累计长度约为39．70 m。

3．4 反滤结构

砾料尺寸与规格与含水层颗粒直径相匹配，本区地层砂岩质软，裂隙发育，不均匀系数η=8．3＜10，砾石规格由下式确定:

颗分成果表明:砂岩中颗粒多为0．075～0．25 mm的细粒占54．7%，d50为0．088 mm，按上式可确定出滤料规格 D50为0．5 ～0．7 mm。

滤料数量按下式计算:

式中:V为滤料填入量(m3);D2为钻孔直径(m);d2为滤水管外径(m);L为填入砾料的高度(m);a为钻孔超径系数(1．2 ～1．5)。

单层填砾过滤器的填砾厚度为100 mm，填砾高度底部低于过滤管下端2 m以上，上部高出过滤管上端8 m以上。

4 供水井成井工艺［3－5］

依据管井设计要求，充分考虑水井的使用要求、经济成本的合理性，结合该单位的实际情况。确定成井程序如下:水井成孔→井管安装→填砾与止水→洗井→抽水试验→井泵安装。

4．1 水井成孔

采用贯通式潜孔锤反循环钻进工艺成孔。保证了含水层裂隙的畅通;利用空气作为排岩渣屑介质，保证了缺水地区的钻孔正常的进行;提高了工作效率，简化了成孔工序，使成孔、下管前洗井一次完成。

4．2 井管安装

井管下管之前清除孔内残留岩粉(屑)和大量浓泥浆，校正孔深和孔径;保正孔内不含有岩粉或砂粒为止，下管深度满足设计要求。

安装井管包括井壁管、滤水管和沉砂管。井管连接采用螺纹连接，牢固可靠。井管安装位置满足设计要求。

4．3 填砾与止水

井管安装后要进行围岩填砾工序，在含水层和井壁管间，形成一层人工滤水层，增加进水面积、挡砂和延长井管使用寿命。填砾高度:96．00～14．00 m(82 m)为砾料密实后厚度，实际操作按10%的下沉高度控制，控制和记录好填砾的情况，确保填砾的质量。填砾方法:动水填砾法(边冲边填，用钻杆从井管内送水、井口封闭，使清水从井管外上返、井口人工填入砾料)。

粘土封闭止水，将粘土搓成直径2～5 cm粘土球，边填边人工捣实。使粘土球成半干状态，慢慢填入防止架空现象;人工捣实用力均匀，防止用力过大，保证井管同心度。