污染水井封堵治理工程實例

竇艷芳

（陽泉市水資源管理委員會辦公室 山西陽泉 045000）

陽泉市位于山西省中部東側(cè)，全市總面積4 578 km2。地下水開采以娘子關(guān)泉域巖溶水為主，娘子關(guān)泉域巖溶地下水以水量集中穩(wěn)定、水質(zhì)良好成為陽泉市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市供水的重要供水水源。

娘子關(guān)泉域巖溶地下水主要接受降雨入滲及河流、水庫等地表水滲漏補給。城市及工礦企業(yè)主要分布于陽泉市內(nèi)各河流的中上游地區(qū)，大量污染物隨地表水一起進入地下含水層，產(chǎn)生了對地下水的污染[1]。近年來，陽泉市政府在環(huán)境治理方面做了大量扎實有效的工作，開展了泉域保護、污水處理廠建設(shè)、垃圾電廠建設(shè)、黑臭水體治理等工作，娘子關(guān)泉域水環(huán)境得到有效改善。

1 基本情況

陽泉市地下水最主要的污染來自于煤礦開采及污染的地表水下滲，而廢棄污染水井和各類鉆、探孔則為這兩種污染源提供了污染途徑。遍布泉域范圍內(nèi)的各類鉆、探孔和污染水井已成為點污染源，地表污水和淺層污水通過串層越流，將污染物輸送至巖溶含水層，對巖溶水形成污染，進而污染娘子關(guān)泉水。如何對各類鉆、探孔和污染水井進行有效的封堵和治理，切斷上、下含水層的水力聯(lián)系是開展封堵治理工作的主要目的。

廢棄污染水井對地下水的污染途徑有兩種，一是管井成井技術(shù)落后，或沒有按鑿井技術(shù)要求施工，導致止水不好，上下含水層乃至地表水與地下水之間發(fā)生水力聯(lián)系，從而污染地下水；二是經(jīng)過長期的運行，水井套管發(fā)生銹蝕腐爛，從而喪失止水作用，導致各含水層聯(lián)通，地表水、淺層水污染后直接導致深層巖溶水的污染。

陽泉市相當一部分水井穿過煤系地層，開采奧陶系巖溶水，煤礦開采產(chǎn)生的礦坑水就會通過上述廢棄污染井下滲，造成巖溶水的污染。娘子關(guān)泉域巖溶水硫酸鹽、總硬度、TDS等超標以及一些重金屬含量的增高，其原因與此有相當大的關(guān)系。

另外，陽泉市大部分地表水污染相當嚴重，如桃河、溫河水，水質(zhì)類別為Ⅴ類，乃至劣Ⅴ類水，加之河流底泥污染嚴重，污染的河水通過以上廢棄污染井的入滲污染下部地下水。

如2013年在下董寨深井水和溫河水樣分析（見表1），兩者主要水質(zhì)指標高度相似，表明河水通過水井入滲對地下水的影響是相當大的[2]。

表1 井水與附近地表水主要水質(zhì)指標對照

2 工程準備

本次封堵治理共選擇7眼巖溶深井進行試驗，選擇的水井已受到水質(zhì)污染，且該污染長期不斷的連續(xù)發(fā)生。水井封堵就是對已形成串層污染的的水井進行分層封堵和定位封堵，堵塞出水點，阻斷上下含水層的水力聯(lián)系，從而達到隔斷污染物進入巖溶含水層的目的。具體分以下幾個階段：

1）收集資料。主要包括區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、區(qū)域水文地質(zhì)、供水水文地質(zhì)勘察、水井設(shè)計、竣工報告、鑿井施工記錄、抽水試驗、水質(zhì)化驗等資料。通過查看資料，了解廢棄污染水井所在的區(qū)域地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌條件、交通位置及交通條件、地下水類型、地下水補徑排條件、水井揭穿的地層、巖性、從井口到井底揭穿的所有地層單元、每個地層的巖性、厚度、底板深度、底板高程等，同時了解哪些巖層是可能的含水層，哪些巖層是相對穩(wěn)定的隔水層，并對其準確位置及水井結(jié)構(gòu)、工況進行調(diào)查。

2）井內(nèi)檢測。封堵實施前采用井內(nèi)電視檢測方法，查明水井是否有雜填、淤積及井中落物，查明淤積的深度、水井結(jié)構(gòu)，變徑的位置、套管和花管的深度、位置、套管的銹蝕、腐爛、漏水情況及地下水位。封堵實施過程中對關(guān)鍵的工序需要進行井內(nèi)檢測，主要是割管或射孔的位置的準確性、割管或射孔的長度是否達到要求、割管或射孔的效果是否滿意等。

3）方案設(shè)計。封堵設(shè)計的主要內(nèi)容應(yīng)當包含：設(shè)計說明書、水井巖性柱狀圖、封堵設(shè)計柱狀圖、封堵施工方案、封堵技術(shù)及質(zhì)量要求等。

3 施工要求

1）廢棄污染水井的封堵不僅應(yīng)將管井內(nèi)進行充填，還應(yīng)將套管外與巖層之間的空隙同時封閉。無論廢棄污染水井原來是否固井良好，要求所有廢棄污染水井均按沒有做好止水，存在套管與巖層間的導水通道進行處置。

2）廢棄污染水井的封堵重點是封閉隔斷套管與巖層間的導水通道，應(yīng)通過找準幾個層位穩(wěn)定的隔水巖層，在該位置割開套管，進行注漿以使套管和隔水巖層膠結(jié)成一個整體，達到封堵目的。一般封閉層段應(yīng)選擇在本溪組底部鋁土泥巖段、峰峰組底部泥灰?guī)r段或馬家溝組泥灰?guī)r段，應(yīng)根據(jù)收集的水井柱狀圖結(jié)合實際情況確定合適的封閉位置和長度，一個封閉層段的長度不應(yīng)小于5 m。

3）各類型廢棄污染水井封閉層段和割管或射孔的位置應(yīng)根據(jù)每個廢棄污染水井調(diào)查情況，同時考慮其封閉原則確定，割管或射孔的長度以保證能把水泥漿液均勻注入到套管外與巖石的空間為準。采用割管工藝時，在封閉層段不小于5 m長度內(nèi)，每1 m套管需割開200 mm長，以滿足一個封閉層段的長度不小于5 m的要求。采用射孔工藝時，每一封閉層段射孔長度不小于5 m，射孔孔隙率一般應(yīng)達到20%～30%，套管直徑168 mm時取中值，小于168 mm取小值，大于168 mm取大值。射孔孔隙率按下式計算：

式中：n——射孔孔隙率，%；

d——射孔直徑，mm；

m——1 m長套管上射孔數(shù)量，個，無量綱；

D——套管外直徑，mm。

4）封堵材料和替漿水量。封堵材料有兩種：一種是水井內(nèi)充填材料，另一種是套管外注漿材料。

（1）水井內(nèi)充填材料。宜采用水泥砂漿進行充填，水泥必須采用普通硅酸鹽水泥，標號42.5，配合比為∶水∶水泥：中砂=0.4∶1∶1.3。

（2）注漿材料。注漿材料宜采用水泥漿，水泥必須采用普通硅酸鹽水泥，標號42.5，可添加適量添加劑，水和水泥配比應(yīng)不大于0.5，水泥漿密度不應(yīng)小于1.90 g/cm3。

（3）替漿水量。應(yīng)根據(jù)每個鉆機實際配備的管材規(guī)格、管路長度、孔內(nèi)水位等分別計算替漿水量，同時應(yīng)保證數(shù)據(jù)的精度和準確性，禁止以水泵排量和泵送時間估算替漿水量。允許使用性能更好、無毒、無害的其他封堵材料，但要有充分的依據(jù)或試驗數(shù)據(jù)作為使用的前提。廢棄污染水井封堵施工完成后，原井口應(yīng)立永久性標志，并標注孔號、孔深、施工單位及施工日期等，標志中心要對準孔口中心。

4 工程概述

本次共選擇污染水井7眼，其中在用4眼，報廢停用3眼，所有水井均在娘子關(guān)泉域范圍內(nèi)，開采層位均為奧陶系含水層，其污染物必然經(jīng)過井孔直接進入奧陶系巖溶含水層，對娘子關(guān)泉形成污染。經(jīng)過資料收集、現(xiàn)場勘探、孔內(nèi)電視對擬治理水井井孔結(jié)構(gòu)、損壞情況、水質(zhì)污染情況進行統(tǒng)一匯總，召集相關(guān)技術(shù)人員制定治理(封堵)方案。

1號井始建于1995年，水位埋深330 m，出水量40 t/h，因地下煤礦的開采，礦坑污染水源經(jīng)腐蝕井管破損后泄漏向深層巖溶水中，該深井的泄漏污染，對娘子關(guān)泉域地下水危害嚴重，擬采取分段治理和封層止水，阻斷礦坑水污染通道。

2號井始建于1980年，成井深度250 m（資料顯示為270.52 m），成井時埋深水位 100 m（現(xiàn)測為109.80 m），經(jīng)井下電視探測，井深82.40 m處井管破損有水源下泄向井內(nèi)，污染下部巖溶水，井深109.80 m為埋深水位，孔深145.6 m開始至168 m為濾水花管，下部堵塞淤積，上部82.4 m處水源為污染水源，該處為奧陶系峰峰組地層，河床及周邊有大量O2f地層出露，對該深井污染危害很大，故必須進行治污修復，確保深層巖溶水的安全。擬采取全孔封堵止水。

3號井始建于1993年，成井深度560 m，出水量20 t/h，水位埋深377 m，抽水水質(zhì)硫酸鹽、總硬度嚴重超標，經(jīng)井下電視探測，井深40 m處二迭系地層污染水源向該井泄漏，孔深133 m處井管破損，奧陶系O2f地層污染水源向井孔內(nèi)噴泄，嚴重污染了該區(qū)深層巖溶水。擬采用分層止水。

4號井始建于2007年，井深643.82 m，靜水位377 m，出水量近50 t/h，0～124 m為石炭系太原組、本溪組地層，經(jīng)井下電視探測，孔深70m處直徑478mm×9 mm井管腐蝕一洞眼，石炭系水源向井孔內(nèi)噴涌，壓力大，該處為丈八煤層下10 m處，形成原因為采煤后太原組地層地殼變化，地層松動，常年聚積礦坑水源通過地層裂隙再將井管外原壓注的水泥壓碎，腐蝕井管，形成洞眼后，污染水源下泄向井孔內(nèi)，嚴重污染深層巖溶水源，同時攜帶大量的礦坑物充墊了該深井。擬采用封層封堵、清掏。

5、6、7號井因地質(zhì)構(gòu)造原因，成井后一直水質(zhì)超標，無法正常抽水運行，經(jīng)多方探測及地層地質(zhì)研究論證，深井在斷裂構(gòu)造區(qū)內(nèi)，斷裂構(gòu)造將O2f及地表污染水源連同與O2s及O2x地層，經(jīng)井下電視探測，污染水源對亮甲山組地層無污染，故采用用水泥封堵的工藝進行壓水泥漿封堵，確保娘子關(guān)泉域地下水的安全。

按照《廢棄水井封堵和污染水井治理規(guī)程》要求開展施工，治理后除全井封堵外其它水井水質(zhì)明顯改善，其中2眼深井總硬度和硫酸鹽達到國家飲用水標準，結(jié)果見表2。

表2 水質(zhì)封堵前后對比情況表

根據(jù)以上封堵工程，在收集大量資料和前人成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合陽泉市水文地質(zhì)條件和和水井封堵工程特點，筆者主持制定了《陽泉市廢棄、污染水井封堵實施細則》，對廢棄水井封堵工程設(shè)計、施工、技術(shù)要求和質(zhì)量控制提出了全面、系統(tǒng)、合理性和操作性強的規(guī)定，經(jīng)專家審查，該細則技術(shù)先進，在國內(nèi)尚屬空白。陽泉市質(zhì)監(jiān)局于2017年6月1日發(fā)布《廢棄水井封堵和污染水井治理規(guī)程》（DB1403/T-2017），作為陽泉市農(nóng)業(yè)地方標準在陽泉市范圍內(nèi)實施。

5 結(jié)論和建議

1）封堵治理工程主要針對含煤地層的碳酸鹽巖類裂隙巖溶地下水井，主要是酸性的礦坑水對原水井的封堵材料和井壁管造成損壞而形成的污染，而對于由于含水地層原生污染物（如石膏）和地層構(gòu)造形成的污水通道無意義。

2）娘子關(guān)泉水作為陽泉市的主要供水水源，承擔著陽泉市區(qū)和平定縣、陽泉郊區(qū)及沿線工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水，受地質(zhì)環(huán)境的影響，水質(zhì)中硫酸鹽、總硬度偏高，除礦坑水和河流污染入滲影響外，污染的巖溶水井也是造成巖溶水硫酸鹽、總硬度逐年升高的主要原因之一，必須引起足夠重視，及早進行治理[3]。

3）采取分層、分段止水，切斷上下含水層之間的水力聯(lián)系，對污染水井進行治理后，污染巖溶水井對娘子關(guān)泉水污染減少效果明顯，但也存在著施工難度大、工程費用高、封堵效果檢驗手段不足等多方面問題，需在下一步工作中予以解決。