陽(yáng)泉市廢棄水井治理工程研究分析

◎郭愛(ài)聰

（作者系陽(yáng)泉市水利局黨組書(shū)記、局長(zhǎng)）

娘子關(guān)泉域地下水治理工程是陽(yáng)泉市水資源管理中面臨的一大挑戰(zhàn)。為強(qiáng)化娘子關(guān)泉域地下水的管理與保護(hù)，2015 年以來(lái)陽(yáng)泉市在平定縣試點(diǎn)開(kāi)展廢棄水井封堵工程，2019 年以來(lái)擴(kuò)展到郊區(qū)、盂縣兩縣，在關(guān)井壓采過(guò)程中，為確保水井封閉規(guī)范，對(duì)污染水井采取科學(xué)的治理辦法及固定的封閉流程，2017 年制定并出臺(tái)了陽(yáng)泉市農(nóng)業(yè)地方標(biāo)準(zhǔn)《廢棄水井封堵和污染水井治理規(guī)》（DB1403/T040-2017），污染機(jī)井的封堵使得巖溶地下水的污染負(fù)荷明顯減少，水質(zhì)指標(biāo)有明顯改善，娘子關(guān)泉域內(nèi)地下水超采治理取得了一定成效。

一、基本情況

陽(yáng)泉市總面積4 578 km2，地下水開(kāi)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(yáng)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(kù)等地表水滲漏補(bǔ)給。地下水最主要的污染來(lái)自于煤礦開(kāi)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(diǎn)污染源，地表污水和淺層污水通過(guò)串層越流，將污染物輸送至巖溶含水層，對(duì)巖溶水形成污染，進(jìn)而污染娘子關(guān)泉水。如何對(duì)各類鉆、探孔和污染水井進(jìn)行有效地封堵和治理，切斷上、下含水層的水力聯(lián)系是開(kāi)展封堵治理工作的主要目的。

廢棄污染水井對(duì)地下水的污染途徑有兩種，一是管井成井技術(shù)落后，或沒(méi)有按鑿井技術(shù)要求施工，導(dǎo)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(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行，水井套管發(fā)生銹蝕腐爛，從而喪失止水作用，導(dǎo)致各含水層聯(lián)通，地表水、淺層水污染后直接導(dǎo)致深層巖溶水的污染。

陽(yáng)泉市相當(dāng)一部分水井穿過(guò)煤系地層，開(kāi)采奧陶系巖溶水，煤礦開(kāi)采產(chǎn)生的礦坑水就會(huì)通過(guò)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(biāo)以及一些重金屬含量的增高，其原因與此有相當(dāng)大的關(guān)系。

另外，陽(yáng)泉市大部分地表水污染相當(dāng)嚴(yán)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(yán)重，污染的河水通過(guò)以上廢棄污染井的入滲污染下部地下水。

二、工藝流程簡(jiǎn)介

以2019—2020 年郊區(qū)、盂縣已完成的17 眼廢舊深井治理工程為例，介紹工藝流程情況。

1.前期準(zhǔn)備工作

組建工作體制，成立項(xiàng)目部，簽訂施工合同，現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合已有區(qū)域地質(zhì)、地貌、水文地質(zhì)、供水水文地質(zhì)勘察、水井設(shè)計(jì)、竣工報(bào)告、鑿井施工記錄、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)化驗(yàn)等基礎(chǔ)資料，結(jié)合井內(nèi)攝像，做好治理井井內(nèi)檢測(cè)。制定封堵設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、水井巖性柱狀圖、封堵設(shè)計(jì)柱狀圖、封堵施工方案、封堵技術(shù)及質(zhì)量要求等。

2.設(shè)備的安裝與調(diào)試

進(jìn)行鉆機(jī)選型工作，調(diào)配施工人員和設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。本工程選用設(shè)備型號(hào)：SPJ300 型、S600 型、S1000 型水源鉆機(jī)10 臺(tái)（套）。安裝鉆探設(shè)備的地基按設(shè)備安全使用要求進(jìn)行修筑或加固，鉆塔基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、牢固、平整。鉆探設(shè)備機(jī)架與基臺(tái)連接平穩(wěn)、牢固，保證施工過(guò)程鉆機(jī)的穩(wěn)定性。

施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電采用三相四線制低壓配電系統(tǒng)，用電設(shè)施經(jīng)驗(yàn)收合格后方可投入使用。鉆探設(shè)備安裝完畢要進(jìn)行全面檢查，在空載的狀態(tài)下，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再使用。

3.井內(nèi)檢測(cè)

（1）孔內(nèi)電視檢測(cè)?；静槊鞯叵滤?、水位以上污染水源的位置、所下井管情況、鉆孔淤積情況、鉆孔基本結(jié)構(gòu)等。

（2）鉆機(jī)掃孔、清淤、驗(yàn)證變徑。根據(jù)孔內(nèi)電視檢測(cè)情況，使用不同規(guī)格的鉆具進(jìn)行掃孔、清淤，確保鉆孔起下鉆具自由，清孔基本達(dá)到原孔深。下入不同規(guī)格鉆具對(duì)變徑位置確認(rèn)。

井內(nèi)檢測(cè)基本明確了鉆孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件，明確了單井地層。根據(jù)井內(nèi)檢測(cè)資料，明確污染水源的位置。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，分析污染水源通道所在地層。

4.封閉治理施工工藝及工序流程

（1）割管拔管。針對(duì)需要割管的鉆孔，在鉆孔封閉治理層段以下變徑位置的井管內(nèi)，下入機(jī)械割刀，割透井管后，將切割的井管通過(guò)專用打撈鉆具進(jìn)行起拔，割管長(zhǎng)度以原始地層裸露出1～2 m 為準(zhǔn)，通過(guò)下入鉆具來(lái)檢測(cè)原始地層的裸露情況。

（2）建立封堵平臺(tái)。加工制作小于鉆孔孔徑5～10mm 的錐形木塞，通過(guò)鉆機(jī)下入預(yù)定位置，然后根據(jù)計(jì)算的水泥量，現(xiàn)場(chǎng)攪拌水泥裝入塑料袋，人工投入鉆孔內(nèi)，下入平盤(pán)鉆具壓實(shí)并檢驗(yàn)封堵平臺(tái)的上升高度是否滿足1～3 m 的要求，侯凝1～2 d。封堵平臺(tái)建立之后，一般會(huì)形成新的水位，證明平臺(tái)效果良好。

（3）切割注漿口。針對(duì)封閉治理層段，井管與巖層之間必須高壓注入水泥漿達(dá)到完全封堵的目的，要求使用專用割刀，切割井管，在井管上形成注漿口，水泥漿通過(guò)井管注漿口注入到地層裂隙及井管與巖層之間。

（4）安裝井管。根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)，本次所下井管規(guī)格分別為直徑377 mm、325 mm、273 mm、219×7 mm 的螺旋鋼管，井管底部5 m 內(nèi)切割條狀注漿口，并安裝專用的注漿器。井管采用焊接方式進(jìn)行連接，部分鉆孔需要連接專用的送管器，通過(guò)連接鉆桿將井管預(yù)送到封堵平臺(tái)面上；部分鉆孔將井管放置在封堵平臺(tái)上，直接重疊至原井口。

（5）高壓注漿。每個(gè)鉆孔所用水泥漿量根據(jù)計(jì)算的結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拌制，控制水灰比不大于0.5，取攪拌好的水泥漿液倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm 模具中，養(yǎng)護(hù)成型脫模后在養(yǎng)護(hù)池中養(yǎng)護(hù)28 d。

將攪拌好的水泥漿、計(jì)算的替漿水量先后通過(guò)高壓泥漿泵→地面管路→鉆桿→注漿器→井管底部注漿口→壓入井管與井管之間及井管與地層之間的環(huán)狀空間。注完水泥漿后，關(guān)閉泥漿泵閥門(mén)靜置3 h 后，打開(kāi)泥漿泵閥門(mén)，觀察沒(méi)有回水現(xiàn)象。返出送管器提鉆至地面，水泥漿侯凝5 d。

（6）掃孔清理。水泥漿凝固時(shí)間結(jié)束后，下入所下井管小一級(jí)的鉆具進(jìn)入井管內(nèi)，掃孔清理井管內(nèi)殘留的水泥及封堵平臺(tái)，更換不同的鉆具掃孔直至孔底，確?？變?nèi)順暢，上下水泵自由。

（7）抽水洗井。具備抽水洗井的鉆孔，下入深井泵，進(jìn)行抽水洗井工作，洗井效果達(dá)到水清砂凈。洗井工作結(jié)束后取水樣一組進(jìn)行一般水質(zhì)全分析檢測(cè)。

5.封閉治理效果比較

（1）水位變化。陽(yáng)泉市郊區(qū)東村、魏家峪、蔭營(yíng)煤礦鉆孔，通過(guò)注水觀測(cè)檢驗(yàn)封閉治理效果。井管內(nèi)注滿清水至井管口，連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)水位下降深度0 m，檢測(cè)注漿效果良好，封閉治理效果達(dá)到要求。

（2）水質(zhì)變化。通過(guò)治理前后水質(zhì)化驗(yàn)，水質(zhì)指標(biāo)變好。

三、工作建議

（1）陽(yáng)泉市廢棄水井封堵治理工程主要針對(duì)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(duì)原水井的封堵材料和井壁管造成損壞而形成的污染，而對(duì)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(wú)意義。

（2）娘子關(guān)泉水作為陽(yáng)泉市的主要供水水源，承擔(dān)著陽(yáng)泉市區(qū)和平定縣、陽(yáng)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，部分項(xiàng)目治理工程已列入陽(yáng)泉市十四五水利規(guī)劃中并正在治理中。

（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(duì)污染水井進(jìn)行治理后，污染巖溶水井對(duì)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(fèi)用高、封堵效果檢驗(yàn)手段不足等多方面問(wèn)題，需在下一步工作中予以解決。