阳泉市盂县娘子关泉域岩溶污染井封堵工程探析

苏永强 王熙泽

（阳泉市水资源管理中心山西阳泉045000）

1 工程任务和规模

本项目是对阳泉市盂县范围内孙家庄镇西崖底村、路家村镇阎家沟村、石坡峪村、孙家庄镇乌玉村、南娄镇拦掌村、南娄村的两口污染及废弃的7 眼岩溶水井的井管漏水段进行封闭治理，主要采取割管或射孔、灌浆等措施对上部污染含水层位置的井管破漏处进行封堵从而切断地表水与地下水，石炭系与奥陶系上下含水层之间的水力联系，阻止污染水体进入娘子关泉域岩溶含水层，进而达到保护娘子关泉域水质的目的。

本项目污染的7 眼井均为岩溶水井，本次水井封闭治理后，对封闭前后的地下水水质进行评价，验证封闭治理效果，以达到保护娘子关泉域水质的目的。根据此次封闭治理的7 眼水井水文地质条件相似，基本都是受煤层影响和污染，封闭治理方法基本采用对奥陶系峰峰组地层及其以上污染含水层进行封堵。

2 封闭治理废旧深井现状

经实地勘察，本项目需封闭治理深井分述如下：

1）孙家庄镇西崖底村供水井位于西崖底新村西北200 m 处，该水源井未修建提水站，井口位置设置提水泵房和值班室，水源井北侧布置蓄水池一座。井口标高944 m，水井终孔深约700 m，取水层为娘子关泉域奥陶系岩溶裂隙水。结合水质监测结果和娘子关泉域水质背景推测该取水井存在的问题是井壁管年久失修，加之煤层水的腐蚀，造成煤系地层含水层通过井管破漏处向下渗漏造成。

2）路家村镇阎家沟村供水井位于阎家沟村西北500 m 阎家沟提水站院内，有蓄水池一座。该井修建于2006年，井口标高946 m，终孔深约680 m，取水层为娘子关泉域奥陶系岩溶裂隙水。存在的主要问题是该井年久失修，加之煤层水的腐蚀，造成煤系地层水向下渗漏，导致下部奥陶系岩溶水水质总硬度和硫酸盐过高。

3）路家村镇石坡峪村供水井位于石坡峪村北1 000 m 处石坡峪提水站院内，站内设有值班室、提水泵房、材料库房、200 m3蓄水池一座。该井修于2007年，井口标高976 m，终孔深约700 m。目前水量正常，但由于2017年以后水井水质变化，目前不作为饮用水源使用。该井主要问题是井壁管年久失修，煤系地层含水层向下渗漏，造成下部奥陶系岩溶石水质总硬度和硫酸盐过高，超过标准值两倍以上，溶解性总固体超标。

4）孙家庄镇乌玉集中供水井位于乌玉村北1.5 km乌玉村集中提水站内。该井修建于1994年，井口标高910 m。该水井目前存在的问题是水井位于采煤沉陷区，地面变形造成井管破损，上部地表水、石炭系污染水质相互连通下渗，造成岩溶水质超标。

5）南娄镇拦掌村集中供水井位于拦掌村集中提水站院内，井口标高998 m，该井未收集到成井资料，据现场走访，该井终孔深约700 m。该水井存在的问题主要是井壁管年久失修，加之煤层水的腐蚀，造成煤系地层含水层通过井管破漏处向下渗漏，造成下部奥陶系岩溶水水质总硬度和硫酸盐过高，溶解性总固体基本到达上限值。

6）南娄镇南娄村1＃供水井位于南娄村东南太行林局的林场边上南娄村1＃集中提水站院内，站内无蓄水池。井口标高996 m，该水井终孔深650 m，静止水位440 m。该水井目前存在的问题是水井位于采煤沉陷区，地面变形造成井管破损，上部地表水、石炭系污染水质相互连通下渗，造成岩溶水质超标。

7）南娄镇南娄村2＃供水井位于南娄耐火厂厂区北门口南娄村2＃集中供水站院内。井口标高985 m，水井终孔深约650 m，静止水位440 m，436～486.95 m为主要含水层。该水井目前存在的问题是水井位于采煤沉陷区，地面变形造成井管破损，上部地表水、石炭系污染水质相互连通下渗，造成岩溶水质超标。

3 封闭治理工程施工设计

3.1 深井资料收集

污染水井封堵设计实施前应收集以下资料：封堵范围地质、地形、地貌资料、区域水文地质资料、供水水文地质勘测资料、水井设计、竣工资料、凿井施工记录相关资料、抽水试验资料、水质资料；同时还应使用井下电视来对各井的具体井下情况进行探测，详细了解其孔径、孔深、井管长度、井管破损情况、井管变径位置、静水位、水位以上是否发生渗漏及渗水位置、井孔内是否有异物掉入、井孔淤积程度等情况，与收集来的资料进行详细对比，形成真实、客观的基础数据。

3.2 封闭治理的原则和目的

废旧污染深井有继续使用价值的拟采取先治理后利用，没有使用价值的拟采取先治理后全孔封堵处理。

项目区属于娘子关泉域系统径流区，废旧深井井内存在水力通道，由于井管质量、水井成井施工上的技术缺陷等因素，使孔内上下含水层地下水或地表水与地下水互相连通，从而污染娘子关岩溶地下水资源。封闭治理的目的就是采用水泥浆充填废旧污染水井井管内以及井管与岩层之间的环状空间以及井孔周围裂隙，隔断上下含水层之间的水力联系，从而保护娘子关泉域岩溶地下水不被污染。

3.3 封闭治理方法

项目区废旧深井开采的地下水类型主要为奥陶系中统上、下马家沟组碳酸盐岩类岩溶裂隙水。该类水井揭穿的地层较多，井深较大（井深一般为500～700 m），穿过多个开采煤层，煤层水总硬度和硫酸盐均超标，而峰峰组地层含石膏层，水质较差，这些岩层污染地下水透过该类废旧深井下渗污染岩溶地下水，必须严格的封闭治理。封闭治理应从下而上分段治理。

第一步封闭治理奥陶系中统峰峰组岩溶裂隙水含水岩层。先观测自然水位，封闭好后再次观测水位是否符合当地区域地层标准水位。峰峰组底部普遍为泥灰岩、角砾状泥灰岩地层，为隔水岩层。该层泥灰岩隔水性较好，利用封闭治理该层作为隔离上部污染地下水进入岩溶地下水。

第二步封闭治理石炭系砂岩裂隙水或层间岩溶裂隙水含水岩层和第四系松散层空隙潜水含水岩层。先观测自然水位，封闭好后再次观测水位是否符合当地区域地层标准水位，石炭系本溪组底部普遍含有10～30 余m 的铝土泥岩地层，为隔水岩层，该层泥岩隔水性能较好，因此可在此位置进行封堵治理。

综上所述，封闭治理之前先进行井内检测，利用钻机进行清孔工作，确定封闭层段的具体位置和长度。封闭治理要根据各个钻孔结构实际情况进行具体研判，建立坚实、有效的封堵平台是关键，针对具体井的情况分别采取相应的治理方法，确保钻孔封闭治理的效果达到封堵要求。

3.4 封堵施工作业

1）施工前，必须对现场的安全措施及设备安装、测量检测仪器等进行核对检验，并应准备好冲洗媒介、封堵材料、割刀、封堵器、搅拌机等。

2）根据封闭治理设计找准需要割管的位置，丈量钻杆长度，准确定位。采用割管工艺，轻压慢转进行切割。打捞起割开的井管后，下入专用的封堵器，进行有效封堵。利用注浆泵、输浆管路、注浆管浆水泥浆液输送到指定位置，必须保证注浆过程的连续性。注浆结束后应压入计算好的替浆水量冲洗输浆管路。

3）废旧深井封堵完成后，原井口需设立永久性标志并标注孔号、孔深、施工单位及施工日期等要素。

3.5 取样检查

该法是验证封堵质量的基本技术手段，目的是验证水泥浆凝结性能，判断封堵效果，为封堵质量评价提供依据。

取样样品：水泥样、砂样、水泥浆试验样、地面水泥浆搅拌样、孔内封堵段水泥砂浆样等。

4 封堵工程技术措施

1）工程开工前，项目部要安排技术负责人对封闭治理废旧深井施工方案、工艺分别进行技术、安全交底，施工过程进行全程技术指导和质量监督、检验。

2）严格按照封闭治理设计要求，确定好深井封闭层段的类型及位置。

3）材料质量检验是封堵前的一项重要工作。已经准备好的封堵材料，应按设计进行配比实验，经初步检验合格后再用于封堵，以免材料在入孔后发现不合格造成无法挽回的质量损失。

5 结语

本项目是阳泉市2020年度落实山西省地下水超采区综合治理国家试点项目。此工程通过对井管破漏处进行封堵，切断上下水层联系，阻止污染水体进入娘子关泉域岩溶含水层，进而达到保护的效果，顺利封堵之后会有效改善当地居民的饮用水源水质情况，并助推娘子关泉域岩溶地下水形成良性循环。