阳泉市废弃水井治理工程研究分析

◎郭爱聪

（作者系阳泉市水利局党组书记、局长）

娘子关泉域地下水治理工程是阳泉市水资源管理中面临的一大挑战。为强化娘子关泉域地下水的管理与保护，2015 年以来阳泉市在平定县试点开展废弃水井封堵工程，2019 年以来扩展到郊区、盂县两县，在关井压采过程中，为确保水井封闭规范，对污染水井采取科学的治理办法及固定的封闭流程，2017 年制定并出台了阳泉市农业地方标准《废弃水井封堵和污染水井治理规》（DB1403/T040-2017），污染机井的封堵使得岩溶地下水的污染负荷明显减少，水质指标有明显改善，娘子关泉域内地下水超采治理取得了一定成效。

一、基本情况

阳泉市总面积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。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地封堵和治理，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。

二、工艺流程简介

以2019—2020 年郊区、盂县已完成的17 眼废旧深井治理工程为例，介绍工艺流程情况。

1.前期准备工作

组建工作体制，成立项目部，签订施工合同，现场踏勘，结合已有区域地质、地貌、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、水质化验等基础资料，结合井内摄像，做好治理井井内检测。制定封堵设计设计说明书、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。

2.设备的安装与调试

进行钻机选型工作，调配施工人员和设备进入施工现场。本工程选用设备型号：SPJ300 型、S600 型、S1000 型水源钻机10 台（套）。安装钻探设备的地基按设备安全使用要求进行修筑或加固，钻塔基础坚实、牢固、平整。钻探设备机架与基台连接平稳、牢固，保证施工过程钻机的稳定性。

施工现场临时用电采用三相四线制低压配电系统，用电设施经验收合格后方可投入使用。钻探设备安装完毕要进行全面检查，在空载的状态下，启动设备运转，经过试运转正常后再使用。

3.井内检测

（1）孔内电视检测。基本查明地下水水位、水位以上污染水源的位置、所下井管情况、钻孔淤积情况、钻孔基本结构等。

（2）钻机扫孔、清淤、验证变径。根据孔内电视检测情况，使用不同规格的钻具进行扫孔、清淤，确保钻孔起下钻具自由，清孔基本达到原孔深。下入不同规格钻具对变径位置确认。

井内检测基本明确了钻孔结构，根据区域地质条件，明确了单井地层。根据井内检测资料，明确污染水源的位置。根据区域地质、水文地质条件，分析污染水源通道所在地层。

4.封闭治理施工工艺及工序流程

（1）割管拔管。针对需要割管的钻孔，在钻孔封闭治理层段以下变径位置的井管内，下入机械割刀，割透井管后，将切割的井管通过专用打捞钻具进行起拔，割管长度以原始地层裸露出1～2 m 为准，通过下入钻具来检测原始地层的裸露情况。

（2）建立封堵平台。加工制作小于钻孔孔径5～10mm 的锥形木塞，通过钻机下入预定位置，然后根据计算的水泥量，现场搅拌水泥装入塑料袋，人工投入钻孔内，下入平盘钻具压实并检验封堵平台的上升高度是否满足1～3 m 的要求，侯凝1～2 d。封堵平台建立之后，一般会形成新的水位，证明平台效果良好。

（3）切割注浆口。针对封闭治理层段，井管与岩层之间必须高压注入水泥浆达到完全封堵的目的，要求使用专用割刀，切割井管，在井管上形成注浆口，水泥浆通过井管注浆口注入到地层裂隙及井管与岩层之间。

（4）安装井管。根据钻孔结构，本次所下井管规格分别为直径377 mm、325 mm、273 mm、219×7 mm 的螺旋钢管，井管底部5 m 内切割条状注浆口，并安装专用的注浆器。井管采用焊接方式进行连接，部分钻孔需要连接专用的送管器，通过连接钻杆将井管预送到封堵平台面上；部分钻孔将井管放置在封堵平台上，直接重叠至原井口。

（5）高压注浆。每个钻孔所用水泥浆量根据计算的结果现场进行拌制，控制水灰比不大于0.5，取搅拌好的水泥浆液倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm 模具中，养护成型脱模后在养护池中养护28 d。

将搅拌好的水泥浆、计算的替浆水量先后通过高压泥浆泵→地面管路→钻杆→注浆器→井管底部注浆口→压入井管与井管之间及井管与地层之间的环状空间。注完水泥浆后，关闭泥浆泵阀门静置3 h 后，打开泥浆泵阀门，观察没有回水现象。返出送管器提钻至地面，水泥浆侯凝5 d。

（6）扫孔清理。水泥浆凝固时间结束后，下入所下井管小一级的钻具进入井管内，扫孔清理井管内残留的水泥及封堵平台，更换不同的钻具扫孔直至孔底，确保孔内顺畅，上下水泵自由。

（7）抽水洗井。具备抽水洗井的钻孔，下入深井泵，进行抽水洗井工作，洗井效果达到水清砂净。洗井工作结束后取水样一组进行一般水质全分析检测。

5.封闭治理效果比较

（1）水位变化。阳泉市郊区东村、魏家峪、荫营煤矿钻孔，通过注水观测检验封闭治理效果。井管内注满清水至井管口，连续观测，观测水位下降深度0 m，检测注浆效果良好，封闭治理效果达到要求。

（2）水质变化。通过治理前后水质化验，水质指标变好。

三、工作建议

（1）阳泉市废弃水井封堵治理工程主要针对含煤地层的碳酸盐岩类裂隙岩溶地下水井，主要是酸性的矿坑水对原水井的封堵材料和井壁管造成损坏而形成的污染，而对于由于含水地层原生污染物（如石膏）和地层构造形成的污水通道无意义。

（2）娘子关泉水作为阳泉市的主要供水水源，承担着阳泉市区和平定县、阳泉郊区及沿线工农业生产及生活用水，受地质环境的影响，水质中硫酸盐、总硬度偏高，除矿坑水和河流污染入渗影响外，污染的岩溶水井也是造成岩溶水硫酸盐、总硬度逐年升高的主要原因之一，部分项目治理工程已列入阳泉市十四五水利规划中并正在治理中。

（3）采取分层、分段止水，切断上下含水层之间的水力联系，对污染水井进行治理后，污染岩溶水井对娘子关泉水污染减少效果明显，但也存在着施工难度大、工程费用高、封堵效果检验手段不足等多方面问题，需在下一步工作中予以解决。