浅谈地下水施工时流沙的处理

2016-09-20黄邦忠

西部探矿工程 2016年9期

关键词：成井潜孔流沙

黄邦忠

（贵州省地矿局112地质大队，贵州安顺561000）

浅谈地下水施工时流沙的处理

黄邦忠*

（贵州省地矿局112地质大队，贵州安顺561000）

贵州喀斯特地区地下岩溶管道水中有大量微粒型流沙，在抽取地下水过程中伴随地下水抽出地表，造成地下水不能正常使用，因此处理流沙是成井的关键。

岩溶管道；流沙；水井施工处理

1　概述

贵州喀斯特发育，大气降水通过垂向的喀斯特裂隙、落水洞、竖井、漏斗快速注漏，地表水极易因渗漏失效，使地表水相对匾乏而地下水丰富，在农作物生长季节，数日不下雨即可出现严重早情，甚至成灾，“工程性缺水”严重，但地下浅层地下水资源丰富，开发潜力大，喀斯特山区地下水开发成为必要。我单位在地下水机井施工中出现地下岩溶管道水中有大量微粒型流沙现象，如织金县八步镇三角村机井、金沙建材厂机井等，解决流沙随地下水抽出是该类型钻孔成井的关键。以金沙皇建材厂为例，该厂区位于二叠系下统栖霞、茅口组灰岩，地下岩溶管道发育，在调查过程中发现，该厂区原有机井一口，但无法使用，原因是有大量的流沙随地下水抽出，因此，再施工机井时需对流沙进行处理。

2　水文地质条件

2.1地层岩性

调查区域出露地层分布，由上至下分别为：

（1）第四系残坡积层（Q）：为黄褐色红粘土，表层为耕植土，含植物根系。

（2）二叠系下统茅口组一段（P1m1）：以浅灰色白云质斑状灰岩，白云质灰岩夹燧石灰岩，泥质灰岩、白云岩。厚70.00～251.00m。

（3）二叠系下统栖霞组（P1q）：灰、深灰色中层至块状灰岩、燧石灰岩及泥质条带灰岩。厚73.00～180.00m。

（4）二叠系下统梁山组（P1l）：灰色中厚层石英砂岩，炭质页岩及泥岩，夹1～2层薄煤层。厚13.00～67.00m。

2.2地形地貌

区域地貌组合类型属于溶蚀峰林谷地地貌，孔位位于谷地中部边缘地带，区域地势东北面高，西南面低，海拔最高点山巅1075.00m，最低海拔点为910.00m左右，相对高差约165.00m。

2.3构造

在调查区钻孔周边及附近无区域性断裂通过。勘查出露地层为二叠系中统栖霞组（P2q）中至厚层灰岩。

2.4地下水的补、径、排泄条件

钻孔点区域上属长江水系乌江流域。

由于不同地貌单元处于不同的水动力条件，其岩溶作用方式（降水补给方式、地下水径流方式）、岩溶作用条件（水岩作用周期、岩溶作用强度）等也不同，经过现场勘查，岩溶地表整体地势相对平坦的高地，其上以剥蚀作用为主，为地下岩溶水的补给区，以接受大气降水为主。在势能差驱动下大气降水常以垂直渗流或以片流形式向低洼处汇流至地下，最终向低级台面或沟谷排泄。岩溶作用向下延伸深度大，致使垂向渗流带和表层岩溶带较为发育，形成大量的垂向溶缝、溶沟、溶蚀漏斗及落水洞等，在水力作用下，上游碳酸盐风化和剥蚀的颗粒物经垂向溶缝、溶沟等通过地下岩溶管道径流，从而造成岩溶地下水含有大量的微细颗粒物。

3　施工方案

为了解决抽水过程中流沙的涌入，施工方案的确定非常关键。贵州喀斯特地区水井施工有别于平原地区施工，成井口径过大会增加施工难度，成本过大；成井口径小又不能满足生产需要，因此，在设计钻孔结构和施工方案上要根据该地区成水条件来进行。

3.1施工设备

根据该地区的施工条件，综合考虑工期要求和施工的难易程度，拟选用XY－44型钻机进行施工。具体如下：

（1）钻机：XY－44型油压钻机，配2135柴油动力机。

（2）空压机：英格索兰XHP10700高风压空压机1台；

（3）供水设备：BW150泵、3D－5/40三缸高压泵每机台各一台，配1115柴油动力机。

3.2钻进工艺

由于喀斯特地区相对地表缺水，施工用水较为缺乏，为了有效地解决干旱地区钻进时的除尘，充分发挥空气压缩机对水下深孔钻进的工作效能，采用空气泡沫潜孔锤钻进。这样既可以发挥空气潜孔锤钻进的优越性，又弥补了空气潜孔锤钻进的不足，又能解决缺水地区施工困难。

3.3井身结构

井身结构的确定是根据钻孔类型、水文地质条件、终孔直径及深度、钻进工艺方法、抽水方法及钻探设备等因素综合确定，基岩钻孔直径则一般以满足根据预计出水量能下入之抽水设备口径要求或过滤管直径要求为依据确定。

一开采用Ø325mm口径合金钻具开孔，钻穿浮土层至中等稳定岩层5m后，下入Ø325mm无缝钢管为定向管，用水泥浆作永久性止水。

二开采用Ø290mm口径，用空气泡沫潜孔锤钻进，由于潜孔锤钻进能直接反应出水位置，视钻孔出水情况决定二开深度，提钻厚测量静水位，下入Ø219mm无缝钢管，滤水管位置在出水点以下。

三开采用Ø194mm口径潜孔锤钻进，单层滤水可施工至终孔，多层滤水需下入Ø168mm无缝钢管，滤水管在底部。

四开采用Ø150mm口径施工至终孔，终孔深度150～200m。

4　处理方案

4.1单层过滤

在二开施工中，由于施工工艺采用空气泡沫潜孔锤工艺施工，因此能准确确定钻孔出水位置，钻孔施工出水10～20m后，提钻观测静水位，当静水位远远高于出水点时（见图1），由于钻孔口径为Ø290mm，而成井管外径为Ø219mm，钻孔口径与成井管外径差为71mm，环状间隙为35.5mm，利用钻孔口径与滤水管口径的环状间隙，在环状间隙中投入砾料，砾料间有一定的空隙，地下水通过砾料间空隙，过滤地下水中的固体颗粒物，使其地下水抽取时无杂物。在抽取地下水过程中，岩溶管道地下水经过填充的砾料，从滤水管进入钻孔中，经深水潜水泵抽取至地面，地下水在经过砾料的时候，由于砾料间间隙较小，固体颗粒物无法通过，经过滤后能达到水质清澈透明（见图2）。

4.2多层过滤

在二开施工过程中，见地下水后作静水位观测，当静水位埋深较深，接近出水孔段时（见图3），单层过滤已不能满足过滤效果，此时应考虑双层过滤，因此，钻孔Ø290mm孔段施工应超过出水位置15～20m，下入Ø219mm成井管，虑水孔位置低于出水孔段位置。换Ø194mm口径施工，施工10～15m后，下入Ø168mm成井管，滤水孔在在成井管底部，换Ø150mm口径施工至终孔。两层成井管间环状间隙为19mm，分别在两层滤水管间投入砾料为滤水材料，地下水经第一层砾料后进入第二层，经第二层砾料由第二层成井管底部滤水孔进入钻孔，从而达到滤水效果（见图4）。

4.3滤水管选择

滤水管是能让含水层中的水能自由而畅通地流入水井中，同时又要阻止砂或碎石随水流入水井中，还能起固定井壁的作用。由于滤水管要阻止砾料进入井中，因此，滤水管缝隙不能过大，采用条式滤水管（图5）比较合理，条缝宽度在2～2.5mm，各排条缝之间距离约为10～20mm。根据钻孔结构，滤水管采用中心支架固定下入井中，以便砾料能均匀的投入。

4.4砾料选择