1 工程概況

 

  山西魯能河曲電煤公司上榆泉煤礦2# 水源井位于上榆泉煤礦工業場區內，目的是為了解決選礦廠正式投產后礦井生產和生活用水。設計井深為750m，終孔井徑不小于219mm，工程建成后可日提供水量1800～2200m3 /d。該井水質要求達到生活飲用水水質標準，水質類型HCO3—Ca、Mg水，礦化度＜0.5g/L。施工要求開采奧陶系深層巖溶裂隙水，對上部石炭、二疊系煤系地層進行永久性止水。

 

  2 工程地質、水文地質條件

 

  水源井工程地處天橋泉域北端，龍口泉域南端，西臨黃河，東臨黃土高原，黃河為本地區地表水與地下水的最低侵蝕區，水井位于兩大泉域的接壤處，為地下水的分水嶺處，補給與排泄分布不清。水井所處位置頂部為第四系全新統洪積土夾碎石，厚3.7m，其下為二疊系下統石盒子組，層厚37m左右，再下為石炭系地層，為二疊系下統本溪組和上統太原組，總厚292m，以下為中奧陶系中、上馬家溝灰巖地層，埋深302m～750m，。施工區有縣級大路南北相連，交通便利。

 

  區內地下水類型主要兩種：即二疊、石炭系碎屑巖裂隙水和奧陶系碳酸鹽巖巖溶水。二疊、石炭系碎屑巖裂隙含水巖系水質極差，不宜開采。故鑿井過程中采用泥漿固壁封閉，鉆穿后進行永久性止水。下奧陶系白云巖、白云質灰巖和中奧陶系上下馬家溝組灰巖、白云質灰巖和白云質泥灰巖為主要含水巖層，裂隙與溶蝕發育，局部溶洞發育，透水性強，大部分屬中等富水或富水。含水層總厚在200m左右。區域穩定水位高程約850～900m左右。

 

  3 施工方法及成井工藝

 

  3.1鉆進方法

 

  水源井孔孔口采用人工開挖，然后埋設護口管，護口管直徑為Φ500㎜，為捲管,護口管下入埋好后,管子周圍用人工夯實,確保孔口牢固、穩定。

 

  護口管埋設好后,開始鉆進,鉆具采用Φ350㎜牙輪鉆頭無芯鉆進, 鉆至12m,改用Φ500㎜牙輪鉆頭鉆進,奧陶系地層以上，石炭、二疊系砂頁巖和含煤地層，采用泥漿固壁循環鉆進，為了判別地層巖性，每鉆都要留取巖粉，對照本區已有的勘探孔SD1# ，確定穿過的地層巖性，基本滿足地質判層要求。

 

  鉆至292.5 m變層見灰巖。為了止水,又鉆進灰巖12 m停鉆,進行永久性止水,止水深度為303.8 m。

 

  奧陶系石灰巖鉆進，也是采用牙輪鉆頭無芯鉆進，但沖洗液改為清水鉆進，并每鉆留取巖粉，便于判別地層，特殊情況用圓管鉆進，提取代表巖芯，幫助地質判別地層。總的看，地層巖性判別基本與勘探孔SD1# 和1# 水源井一致，滿足要求。

 

  3.2 孔斜測量及孔深校正

 

  本井孔鉆進基本保持100m測斜一次，方法采用Kxp—1型井孔測斜儀，每次測量均在規范和設計要求范圍內。終孔偏差為0.1m。

 

  3.3 下井管

 

  本井孔下入的止水井管均采用國家優質鋼材Q235系列，壁厚8mm，由太原勘測實業有限公司提供，均有資質證書，套管質量符合要求。下管時又請有資質證書的專業焊工進行井管焊接，焊接牢固、嚴密、不漏水，符合質量要求。

 

  3.4 止水

 

  本井孔穿過石炭、二疊系含煤砂頁巖地層，進入奧陶系地層，取奧陶系灰巖水，但對上部含煤地層水要進行嚴密封水，以保證水質不污染，確保水質。

 

  止水工作有兩個主要環節必須有保證，一是確保見到奧陶系灰巖地層無誤，保證止水真正在奧陶系灰巖頂部；二是確保止水套管已穿過稠水泥漿，直插到孔底。只有做到這兩點，才能保證止水效果，本工程止水即按此要求進行的。

 

  鉆孔進入奧陶系灰巖地層后，經過反復取芯證明已進入灰巖后，才開始進行永久止水工作。止水前先進行清孔換漿，即從孔底送入清水，逐步將孔內泥漿頂出孔外，肉眼觀測已變清（不渾濁）為止。然后再向孔內填入拌和好的稠水泥漿至孔底。此次永久性止水水泥采用32.5# 普硅水泥共6t，拌和成稠水泥漿，填入孔底。隨后立即下入套管，在未下套管前，在止水套管底部向上，每隔0.5m纏一道膨脹膠帶，共25道，然后下入套管，使止水套管穿過稠水泥漿，直插孔底，再待凝72h。

 

  待凝時間結束后，進行止水效果檢查，測定止水套管內外水位，前后對比水位變化情況，無變化，說明止水效果良好，方可結束止水工作，可進行下道鉆進工作。

 

  止水工作結束后,開始對下部奧陶系灰巖進行鉆進，孔徑變為φ295mm，后又變為φ244mm，直至751.87m，一徑到底。  3.5 井孔結構本井孔孔口直徑采用φ500mm，終孔孔徑為φ244mm，共變徑五次，由φ500mm 、φ377mm 、φ350mm 、φ295mm 、φ244mm。除孔口管外，采用4m長中φ500mm實管，其余304.2m井管采用φ325mm螺旋鋼管，為止水套管。  3.6 洗井  該水源井含水層很好，水量充足，洗井方式為機械洗井，共進行5個臺班。

 

  3.7 抽水試驗

 

  該孔洗井結束后即進行抽水試驗，抽水試驗前先測孔內穩定水位，穩定時間為4h，測得水位埋深5.06m，水位標高為851.766m，與區域水位基本吻合。

 

  抽水延續時間為7h，穩定時間6h，均大于規范要求4h。抽水試驗共進行四次降深，四次降深和涌水量分別為：

 

  S1=22.2m

 

  Q1=14.11L/s S2=2.24m

 

  Q2=18.99L/s S3=46.87m

 

  Q3=25.36L/s  S4=59.95m

 

  Q4=31.06L/s

 

  根據四次抽水試驗成果，繪制出涌水量與降深Q=F(s)關系曲線和單位涌水量與降深q=F(s)曲線，曲線反映基本呈直線，但略帶拋物型，基本反映了奧陶系裂隙巖溶水流態性質，略帶潛水承壓水性。用該曲線推求降深6.6m時，涌水量可達到34.2L/s，日出水可達到2954.9t/d，見下圖1、圖2：

 

  3.8 水質評價

 

  在抽水試驗過程中，取全分析水樣一組，送太原地質礦產部山西省中心試驗室檢測。采樣均按試驗室要求采取，水樣無色、無味、透明，該放入的試劑試驗室裝配好，取樣器皿都是試驗室專門配備的，連采代送到試驗室不超過12小時，保證按時送樣。

 

  對水質進行評價，按生活飲用水水質標準（GB5749—85）進行評價。本次共分析色、渾濁度、嗅和味、肉眼可見物、pH、總硬度（碳酸鹽計）、鐵、錳、銅、鋅、揮發酚類（以苯酚計）、氫化物、砷、汞、硒、鉻（六價）、鉛、鎘、銀、偏硅酸、細菌總數、總大腸菌群等22項指標，對比各指標中只有兩項指標超標，其余均達到國標。因此綜合評定地下水水質為良好，符合飲用水標準，適用于生活飲用水水源。

 

  超標指標中有總硬度（以碳酸鹽計），總硬度超標極易形成極度積垢，生活和工業用水需要經常處理鍋爐積垢；其次是鐵含量超標，極易變味、變色、沉積及鐵菌的發育、濁度等。

 

  4 結論

 

  ⑴ 該水源井終孔深度751.87m，主要采取中奧陶系上下馬家溝組深層巖溶裂隙水。地下水位埋深5.06m，水位標高為851.766m。

 

  ⑵ 井孔斜度，止水效果均符合規范設計要求。

 

  ⑶ 根據抽水試驗Q=F（s）關系曲線推求，若水位S=66.0m時，涌水量可達34.2L/s，日出水量可達2954.9t/d。⑷ 水質分析檢測項目共22項，符合飲用水標準的占19項，占87%，只有三項有超標，占13%，故水質基本滿足生活飲用水和工業用水要求。  綜合以上所述：深層井施工流程為：井位選定、鉆井、取芯、止水、下井管、洗井、抽水試驗、水質分析等。同時施工中應加強安全生產、文明施工、環境保護等措施。