污染水井封堵治理工程实例

2019-01-05窦艳芳

山西水利科技 2018年4期

窦艳芳

（阳泉市水资源管理委员会办公室山西阳泉 045000）

阳泉市位于山西省中部东侧，全市总面积4 578 km2。地下水开采以娘子关泉域岩溶水为主，娘子关泉域岩溶地下水以水量集中稳定、水质良好成为阳泉市工农业生产及城市供水的重要供水水源。

娘子关泉域岩溶地下水主要接受降雨入渗及河流、水库等地表水渗漏补给。城市及工矿企业主要分布于阳泉市内各河流的中上游地区，大量污染物随地表水一起进入地下含水层，产生了对地下水的污染[1]。近年来，阳泉市政府在环境治理方面做了大量扎实有效的工作，开展了泉域保护、污水处理厂建设、垃圾电厂建设、黑臭水体治理等工作，娘子关泉域水环境得到有效改善。

1 基本情况

阳泉市地下水最主要的污染来自于煤矿开采及污染的地表水下渗，而废弃污染水井和各类钻、探孔则为这两种污染源提供了污染途径。遍布泉域范围内的各类钻、探孔和污染水井已成为点污染源，地表污水和浅层污水通过串层越流，将污染物输送至岩溶含水层，对岩溶水形成污染，进而污染娘子关泉水。如何对各类钻、探孔和污染水井进行有效的封堵和治理，切断上、下含水层的水力联系是开展封堵治理工作的主要目的。

废弃污染水井对地下水的污染途径有两种，一是管井成井技术落后，或没有按凿井技术要求施工，导致止水不好，上下含水层乃至地表水与地下水之间发生水力联系，从而污染地下水；二是经过长期的运行，水井套管发生锈蚀腐烂，从而丧失止水作用，导致各含水层联通，地表水、浅层水污染后直接导致深层岩溶水的污染。

阳泉市相当一部分水井穿过煤系地层，开采奥陶系岩溶水，煤矿开采产生的矿坑水就会通过上述废弃污染井下渗，造成岩溶水的污染。娘子关泉域岩溶水硫酸盐、总硬度、TDS等超标以及一些重金属含量的增高，其原因与此有相当大的关系。

另外，阳泉市大部分地表水污染相当严重，如桃河、温河水，水质类别为Ⅴ类，乃至劣Ⅴ类水，加之河流底泥污染严重，污染的河水通过以上废弃污染井的入渗污染下部地下水。

如2013年在下董寨深井水和温河水样分析（见表1），两者主要水质指标高度相似，表明河水通过水井入渗对地下水的影响是相当大的[2]。

表1 井水与附近地表水主要水质指标对照

2 工程准备

本次封堵治理共选择7眼岩溶深井进行试验，选择的水井已受到水质污染，且该污染长期不断的连续发生。水井封堵就是对已形成串层污染的的水井进行分层封堵和定位封堵，堵塞出水点，阻断上下含水层的水力联系，从而达到隔断污染物进入岩溶含水层的目的。具体分以下几个阶段：

1）收集资料。主要包括区域地质、地形地貌、区域水文地质、供水水文地质勘察、水井设计、竣工报告、凿井施工记录、抽水试验、水质化验等资料。通过查看资料，了解废弃污染水井所在的区域地层、岩性、地质构造、地形地貌条件、交通位置及交通条件、地下水类型、地下水补径排条件、水井揭穿的地层、岩性、从井口到井底揭穿的所有地层单元、每个地层的岩性、厚度、底板深度、底板高程等，同时了解哪些岩层是可能的含水层，哪些岩层是相对稳定的隔水层，并对其准确位置及水井结构、工况进行调查。

2）井内检测。封堵实施前采用井内电视检测方法，查明水井是否有杂填、淤积及井中落物，查明淤积的深度、水井结构，变径的位置、套管和花管的深度、位置、套管的锈蚀、腐烂、漏水情况及地下水位。封堵实施过程中对关键的工序需要进行井内检测，主要是割管或射孔的位置的准确性、割管或射孔的长度是否达到要求、割管或射孔的效果是否满意等。

3）方案设计。封堵设计的主要内容应当包含：设计说明书、水井岩性柱状图、封堵设计柱状图、封堵施工方案、封堵技术及质量要求等。

3 施工要求

1）废弃污染水井的封堵不仅应将管井内进行充填，还应将套管外与岩层之间的空隙同时封闭。无论废弃污染水井原来是否固井良好，要求所有废弃污染水井均按没有做好止水，存在套管与岩层间的导水通道进行处置。

2）废弃污染水井的封堵重点是封闭隔断套管与岩层间的导水通道，应通过找准几个层位稳定的隔水岩层，在该位置割开套管，进行注浆以使套管和隔水岩层胶结成一个整体，达到封堵目的。一般封闭层段应选择在本溪组底部铝土泥岩段、峰峰组底部泥灰岩段或马家沟组泥灰岩段，应根据收集的水井柱状图结合实际情况确定合适的封闭位置和长度，一个封闭层段的长度不应小于5 m。

3）各类型废弃污染水井封闭层段和割管或射孔的位置应根据每个废弃污染水井调查情况，同时考虑其封闭原则确定，割管或射孔的长度以保证能把水泥浆液均匀注入到套管外与岩石的空间为准。采用割管工艺时，在封闭层段不小于5 m长度内，每1 m套管需割开200 mm长，以满足一个封闭层段的长度不小于5 m的要求。采用射孔工艺时，每一封闭层段射孔长度不小于5 m，射孔孔隙率一般应达到20%～30%，套管直径168 mm时取中值，小于168 mm取小值，大于168 mm取大值。射孔孔隙率按下式计算：

式中：n——射孔孔隙率，%；

d——射孔直径，mm；

m——1 m长套管上射孔数量，个，无量纲；

D——套管外直径，mm。

4）封堵材料和替浆水量。封堵材料有两种：一种是水井内充填材料，另一种是套管外注浆材料。

（1）水井内充填材料。宜采用水泥砂浆进行充填，水泥必须采用普通硅酸盐水泥，标号42.5，配合比为∶水∶水泥：中砂=0.4∶1∶1.3。

（2）注浆材料。注浆材料宜采用水泥浆，水泥必须采用普通硅酸盐水泥，标号42.5，可添加适量添加剂，水和水泥配比应不大于0.5，水泥浆密度不应小于1.90 g/cm3。

（3）替浆水量。应根据每个钻机实际配备的管材规格、管路长度、孔内水位等分别计算替浆水量，同时应保证数据的精度和准确性，禁止以水泵排量和泵送时间估算替浆水量。允许使用性能更好、无毒、无害的其他封堵材料，但要有充分的依据或试验数据作为使用的前提。废弃污染水井封堵施工完成后，原井口应立永久性标志，并标注孔号、孔深、施工单位及施工日期等，标志中心要对准孔口中心。

4 工程概述

本次共选择污染水井7眼，其中在用4眼，报废停用3眼，所有水井均在娘子关泉域范围内，开采层位均为奥陶系含水层，其污染物必然经过井孔直接进入奥陶系岩溶含水层，对娘子关泉形成污染。经过资料收集、现场勘探、孔内电视对拟治理水井井孔结构、损坏情况、水质污染情况进行统一汇总，召集相关技术人员制定治理(封堵)方案。

1号井始建于1995年，水位埋深330 m，出水量40 t/h，因地下煤矿的开采，矿坑污染水源经腐蚀井管破损后泄漏向深层岩溶水中，该深井的泄漏污染，对娘子关泉域地下水危害严重，拟采取分段治理和封层止水，阻断矿坑水污染通道。

2号井始建于1980年，成井深度250 m（资料显示为270.52 m），成井时埋深水位 100 m（现测为109.80 m），经井下电视探测，井深82.40 m处井管破损有水源下泄向井内，污染下部岩溶水，井深109.80 m为埋深水位，孔深145.6 m开始至168 m为滤水花管，下部堵塞淤积，上部82.4 m处水源为污染水源，该处为奥陶系峰峰组地层，河床及周边有大量O2f地层出露，对该深井污染危害很大，故必须进行治污修复，确保深层岩溶水的安全。拟采取全孔封堵止水。

3号井始建于1993年，成井深度560 m，出水量20 t/h，水位埋深377 m，抽水水质硫酸盐、总硬度严重超标，经井下电视探测，井深40 m处二迭系地层污染水源向该井泄漏，孔深133 m处井管破损，奥陶系O2f地层污染水源向井孔内喷泄，严重污染了该区深层岩溶水。拟采用分层止水。

4号井始建于2007年，井深643.82 m，静水位377 m，出水量近50 t/h，0～124 m为石炭系太原组、本溪组地层，经井下电视探测，孔深70m处直径478mm×9 mm井管腐蚀一洞眼，石炭系水源向井孔内喷涌，压力大，该处为丈八煤层下10 m处，形成原因为采煤后太原组地层地壳变化，地层松动，常年聚积矿坑水源通过地层裂隙再将井管外原压注的水泥压碎，腐蚀井管，形成洞眼后，污染水源下泄向井孔内，严重污染深层岩溶水源，同时携带大量的矿坑物充垫了该深井。拟采用封层封堵、清掏。

5、6、7号井因地质构造原因，成井后一直水质超标，无法正常抽水运行，经多方探测及地层地质研究论证，深井在断裂构造区内，断裂构造将O2f及地表污染水源连同与O2s及O2x地层，经井下电视探测，污染水源对亮甲山组地层无污染，故采用用水泥封堵的工艺进行压水泥浆封堵，确保娘子关泉域地下水的安全。

按照《废弃水井封堵和污染水井治理规程》要求开展施工，治理后除全井封堵外其它水井水质明显改善，其中2眼深井总硬度和硫酸盐达到国家饮用水标准，结果见表2。

表2 水质封堵前后对比情况表

根据以上封堵工程，在收集大量资料和前人成果的基础上，结合阳泉市水文地质条件和和水井封堵工程特点，笔者主持制定了《阳泉市废弃、污染水井封堵实施细则》，对废弃水井封堵工程设计、施工、技术要求和质量控制提出了全面、系统、合理性和操作性强的规定，经专家审查，该细则技术先进，在国内尚属空白。阳泉市质监局于2017年6月1日发布《废弃水井封堵和污染水井治理规程》（DB1403/T-2017），作为阳泉市农业地方标准在阳泉市范围内实施。