深層井的施工方法及成井工藝

  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(yè)場(chǎng)區內，目的是為了解決選礦廠(chǎng)正式投產(chǎn)后礦井生產(chǎn)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(zhì)要求達到生活飲用水水質(zhì)標準，水質(zhì)類(lèi)型HCO3—Ca、Mg水，礦化度＜0.5g/L。施工要求開(kāi)采奧陶系深層巖溶裂隙水，對上部石炭、二疊系煤系地層進(jìn)行永久性止水。

 

  2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)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(lèi)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(zhì)極差，不宜開(kāi)采。故鑿井過(guò)程中采用泥漿固壁封閉，鉆穿后進(jìn)行永久性止水。下奧陶系白云巖、白云質(zhì)灰巖和中奧陶系上下馬家溝組灰巖、白云質(zhì)灰巖和白云質(zhì)泥灰巖為主要含水巖層，裂隙與溶蝕發(fā)育，局部溶洞發(fā)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(jìn)方法

 

  水源井孔孔口采用人工開(kāi)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?chē)萌斯ず粚?shí),確?？卓诶喂?、穩定。

 

  護口管埋設好后,開(kāi)始鉆進(jìn),鉆具采用Φ350㎜牙輪鉆頭無(wú)芯鉆進(jìn), 鉆至12m,改用Φ500㎜牙輪鉆頭鉆進(jìn),奧陶系地層以上，石炭、二疊系砂頁(yè)巖和含煤地層，采用泥漿固壁循環(huán)鉆進(jìn)，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(guò)的地層巖性，基本滿(mǎn)足地質(zhì)判層要求。

 

  鉆至292.5 m變層見(jiàn)灰巖。為了止水,又鉆進(jìn)灰巖12 m停鉆,進(jìn)行永久性止水,止水深度為303.8 m。

 

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

 

  3.2 孔斜測量及孔深校正

 

  本井孔鉆進(jìn)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(yōu)質(zhì)鋼材Q235系列，壁厚8mm，由太原勘測實(shí)業(yè)有限公司提供，均有資質(zhì)證書(shū)，套管質(zhì)量符合要求。下管時(shí)又請有資質(zhì)證書(shū)的專(zhuān)業(yè)焊工進(jìn)行井管焊接，焊接牢固、嚴密、不漏水，符合質(zhì)量要求。

 

  3.4 止水

 

  本井孔穿過(guò)石炭、二疊系含煤砂頁(yè)巖地層，進(jìn)入奧陶系地層，取奧陶系灰巖水，但對上部含煤地層水要進(jìn)行嚴密封水，以保證水質(zhì)不污染，確保水質(zhì)。

 

  止水工作有兩個(gè)主要環(huán)節必須有保證，一是確保見(jiàn)到奧陶系灰巖地層無(wú)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(guò)稠水泥漿，直插到孔底。只有做到這兩點(diǎn)，才能保證止水效果，本工程止水即按此要求進(jìn)行的。

 

  鉆孔進(jìn)入奧陶系灰巖地層后，經(jīng)過(guò)反復取芯證明已進(jìn)入灰巖后，才開(kāi)始進(jìn)行永久止水工作。止水前先進(jìn)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(guān)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(guò)稠水泥漿，直插孔底，再待凝72h。

 

  待凝時(shí)間結束后，進(jìn)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(wú)變化，說(shuō)明止水效果良好，方可結束止水工作，可進(jìn)行下道鉆進(jìn)工作。

 

  止水工作結束后,開(kāi)始對下部奧陶系灰巖進(jìn)行鉆進(jìn)，孔徑變?yōu)棣?95mm，后又變?yōu)棣?44mm，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(cháng)中φ500mm實(shí)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(jìn)行5個(gè)臺班。

 

  3.7 抽水試驗

 

  該孔洗井結束后即進(jìn)行抽水試驗，抽水試驗前先測孔內穩定水位，穩定時(shí)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(shí)間為7h，穩定時(shí)間6h，均大于規范要求4h。抽水試驗共進(jìn)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(guān)系曲線(xiàn)和單位涌水量與降深q=F(s)曲線(xiàn)，曲線(xiàn)反映基本呈直線(xiàn)，但略帶拋物型，基本反映了奧陶系裂隙巖溶水流態(tài)性質(zhì)，略帶潛水承壓水性。用該曲線(xiàn)推求降深6.6m時(shí)，涌水量可達到34.2L/s，日出水可達到2954.9t/d，見(jiàn)下圖1、圖2：

 

  3.8 水質(zhì)評價(jià)

 

  在抽水試驗過(guò)程中，取全分析水樣一組，送太原地質(zhì)礦產(chǎn)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(wú)色、無(wú)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(zhuān)門(mén)配備的，連采代送到試驗室不超過(guò)12小時(shí)，保證按時(shí)送樣。

 

  對水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，按生活飲用水水質(zhì)標準（GB5749—85）進(jìn)行評價(jià)。本次共分析色、渾濁度、嗅和味、肉眼可見(jiàn)物、pH、總硬度（碳酸鹽計）、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚類(lèi)（以苯酚計）、氫化物、砷、汞、硒、鉻（六價(jià)）、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(zhì)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(yè)用水需要經(jīng)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(fā)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(guān)系曲線(xiàn)推求，若水位S=66.0m時(shí)，涌水量可達34.2L/s，日出水量可達2954.9t/d。⑷ 水質(zhì)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(zhì)基本滿(mǎn)足生活飲用水和工業(yè)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(zhì)分析等。同時(shí)施工中應加強安全生產(chǎn)、文明施工、環(huán)境保護等措施。