铁路管井提高产水量、减少衰减量、延长使用寿命措施探讨

1、铁路管井提高产水量、减少衰减量、延长使用寿命措施探讨郭琳娅（郑州铁路局洛阳房屋修建中心 洛阳市 471002）(1978年 女 河南省洛阳市 工程师 从事给水运用与管理）提要 本文结合实例，对提高铁路管井的产水量、减少衰减量、延长使用寿命问题从管井位置的确定、成井工艺、运营使用等三方面提出了措施及建议。关键词 管井产水量 衰减量 使用寿命 管井位置的确定 成井工艺 运营使用在我国北方，铁路运输及生产生活用水水源主要为地下水，开采地下水的主要设备形式为管井。随着运输生产及职工生活水平的提高，对水的需水量越来越大，而部分铁路管井产水量不高，水量衰减过快，使用寿命减短，导致水源能力日显不足，直至供需

2、矛盾突出，严重影响职工生活甚至铁路运输生产。因此提高管井水量，减少衰减量，延长使用寿命，已经成为铁路给水工作中的重点工作。本人根据自己的工作经验，从铁路管井位置的确定、成井工艺、运营使用等三个方面结合管井建设实例及运营的实际情况就如何提高铁路管井产水量、减少衰减量、延长使用寿命谈几点看法。1、铁路管井的特点：由于铁路运输一天二十四小时不停运作，就要求铁路给水一天二十四小时不间断供水。由于多方面的原因，铁路管井水源往往备用能力不足，甚至大多数给水站没有备用水源，导致铁路管井常年不间歇运转。这就对铁路管井的成井质量、运用管理及供水安全提出了较高的要求。2、铁路管井井位的确定。确定合理的井位是提高管

3、井产水量、减少衰减量、延长使用寿命的基础和根本。确定井位应主要做好以下三方面的工作：2.1 搜集拟建井区域的水文地质资料，通过现场踏勘（必要时进行钻探），搞清楚该区域地下水的循环情况。地下水的循环是指地下水的补给、迳流与排泄过程，地下水以大气降水、地表水、人工补给等各种形式获得补给，在含水层的岩土介质中流过一段路程，然后又以泉、蒸发、人工开采等形式排出地表，从而达到一定的平衡。丰富的补给源或广阔的补给区域，良好的径流条件（含水层渗透系数高）无疑是提高产水量，减少衰减量，延长使用寿命最有利的因素。选择的井位地下水补给条件好，补给能力富足，是提高管井产水量、减小衰减量、延长使用寿命的前提。部分铁路

4、管井产水衰减率高就是由于管井地下含水层补给条件差，使用一段时间以后，由于地下水不能及时得到补充，而使水位大幅度下降，造成水源能力急剧衰减，直至无水可采，管井报废。除了良好的补给条件以外，透水性好的地下含水层，亦是合理井位应该具备的，优良的透水性地层，保证了管井产水量的提高，如果一眼管井补给条件好，而其地下含水层透水性差，虽然其使用寿命较长，但其单位时间产水量较低。三门峡西站管井建设时曾有两个水源地可供选择，一处为三门峡西电厂铁路南区域，另一处为三门峡西黄村农田。前者为南部丘陵山区的冲洪积扇，为南部山丘洪水冲积而成，靠大气降水补给，且汇水面积较小，补给条件不佳，地下含水层以细砂、中粗砂为主。后者

5、为黄河南岸冲积阶地，地下水以黄河侧向渗透补给为主，补给条件好，地下水含水层为砂、砂砾石，径流条件好。因此选择后者，管井的产水量、减少衰减量、延长使用寿命等明显优于前者。由于黄村水源地地下水由北向南补给，在既有井北侧（即上游）建井，其效果比在南侧（下游）要好。2.2 认真调查拟建井区域地下水的开采情况。开采量若大于补给量，则地下水位就会下降，区域地下水含量减少。反之，则增加。如义马矿务局仁村水源井开采水的的岩层为奥陶系石灰岩，其补给源为大气降水，但由于该岩层补给区域广阔，地下水储量丰富，开采量远小于地下水储量，当雨季来临时，开采的水又及时得到补充。因此长时间来看，其受气候影响较小，使用寿命也较长

6、。如果某一区域地下水过量开采，造成地下水位大幅度下降，则不管区域补给条件及经流条件有多好，新建管井产水量也不会很理想，如嘉峰站水源井，随着寺河矿地下水开采的增加，水源井枯竭，不得不重寻水源。因此，建井之前必须认真调查区域地下水的开采及均衡情况，到有关政府主管部门了解情况，办理建井手续。防止由于在地下水超量开采的区域建井，造成新井产水量减少，投资效益低的情况发生。2.3 调查拟建井区域既有管井情况。调查内容包括既有井的地层情况、井深、水位及变化、建成时的产水量、产水量衰减情况、水质及管井的运用情况、既有井的分布及开采情况等。通过调查，了解地下水的循环及变化情况，进一步核实搜集到的水文地质资料，了

7、解该区域取水层是否存在过度开采，水源井之间是否形成干扰等。从而进一步增加确定的井位的安全可靠性。如有资料不符的情况，应详细分析原因。 2.4 物理勘探 最终确定井位之前还要进行物理勘探，目前较为成熟，效果较好的方法为电阻率法，通过物探，初步揭示地下含水层的种类及厚度，含水层透水性好，厚度大的地方，在补给上游考虑井位，均能收到较好的效果。 为确定三门峡西新建管井的位置，我们在予西机床厂西约1km2的范围内利用电阻率法进行物探，共布置东西方向三条，南北方向二条剖面。揭示出了地下含水层情况，掌握了地下水的分布情况，既有10#井西北方向地下水较为丰沛，再结合既有深井布置情况，考虑井距大于300m，最终

8、确定了井位。 通过上述工作，基本上掌握了拟建井区域地下水的循环情况，地下含水层情况，地下水位情况，再综合既有井的布置情况，就可以确定合理的井位。 3 成井工艺。合理的井位确定以后，优良的成井质量是提高管井产水量、减少衰减量，延长使用寿命的重要条件。下面结合洛阳房屋修建中心成井的情况，仅就主要成井工艺加以阐述。3.1 凿井常用的凿井钻机有冲击钻及回转钻两种，结合我中心的情况，使用冲击钻效果会更理想，冲击钻具有成井不易倾斜、泥浆皮对含水层堵塞力度小，含水层容易被洗透等特点，因此对于松散地层，井深250m以下者采用冲击钻较为合适。三门峡西12#井建成时产水量70m3/h，而13#井产水量不足50m3

9、/h，这与三门峡西12#井用冲击钻、13#井用回转钻施工及三门峡西地下含水层有细砂、粉细砂有很大关系，用回转钻施工，泥皮将细砂、粉细砂含水层缝隙堵死，洗井又不易洗透，因此其产水量相对较低。凿井过程中非含水层5m取样一个，含水层3m取样一个，变层加取，取样应用取样器，取出后放在取样盒内，并及时记录描述岩样。凿井结束后，对含水层岩样进行筛分，为确定填砾级配及缠丝间距提供依据。凿井过程中，每隔一定深度测斜，发现倾斜，立即纠正。井管倾斜，是造成安装水泵泵管与井壁摩擦，或磨破井管，造成管井出砂，甚至坍塌报废，或将泵管法兰盘磨断，将泵头掉入井中造成管井报废的主要原因，也是造成井管四周砾料填充不均反滤层形成

10、不力，造成管井出砂的主要原因。因此在成井的各工艺中均应十分注意保证管井垂直度。3.2 确定井壁管，过滤器的材质、规格、连接方式。 井壁管有铸铁管、钢管等多种，铸铁管有耐腐蚀，寿命长的特点，但也具有重量大，抗拉强度相对较低等缺点，钢管具有重量轻，抗拉强度大，便于施工等优点，但其造价高，易锈蚀。根据井深不同，200m以下易选用铸铁井壁管，200m以上易采用钢管井壁管，采用钢管时注意做好防腐工作，我中心大多数管井井管为铸铁管，这对延长使用寿命较为有利。井壁管的直径可适当加大，一则可以适当增加产水量，二则可以使水泵安装方便易行，减少泵管与井壁壁摩擦的机率，但井径不宜太大，否则造成浪费。一般最大可选用3

11、50mm。即使管井建成后，井壁管也可能由于多种原因而发生少量弯曲，因而适当加大井管壁厚，可减少这种弯曲，同时既使发生泵管与井管摩擦，也不会轻易将井壁摩破。过滤器在松散地层中，一般采用缠丝过砾器周边填砾。缠丝一般为镀锌铁线，缠丝间距依据含水层颗粒级配而定，一般为D10（填砾的有效直径）。由于镀锌铁丝易被腐蚀锈断，为延长使用寿命起见，其直径不宜过细，一般为2.8mm或3.0mm，其孔隙率应符合国标要求。常用过滤器有铸铁管与钢管之分，铸铁管孔隙为25%，钢管为35%，铸铁管耐腐蚀，常用于250m以内的深井中，钢管强度大，适于较深的井中，但耐腐性不佳，特别对有腐蚀性的水。由于过滤器是管井结构中的薄弱处

12、所，是制约管井使用寿命的瓶颈，我中心多数损坏报废的深井，就是由于过滤器损坏所致。因此，在保证孔隙率的前提下，使用铸铁管、使用较粗的缠丝对延长深井寿命无疑是有益的。对于含有细砂的含水层，缠丝过滤器外还需包尼龙网，规格视含水层的级配定，一般来说细砂常用50-50目/cm2。 铸铁井管与过滤器常以管箍丝扣连接，这种连接规范，垂直度高，减少了焊接等其他连接方式由于人因素可能造成的井管倾斜。 目前新兴的桥式滤水管较缠丝过滤器来讲，较大地改善了进水水利条件，由于采用桥式结构，其耐腐蚀性也有所提高，增加了管井的抗破损能力，寿命有所延长。如我中心嘉峰新水源井、汝州、龙门等采用桥式滤水管，目前运用良好，性能参数

13、均达到预期目标。 3.3 确定下管方案 井孔凿成后，应及时进行电测，给出电测曲线，将其它岩样对比、分析，核定地层结构，哪些是含水层，哪些是非含水层，然后再确定下管方案，一般来说，非含水层对应下光管（井壁管）含水层对应下花管（过滤器）。但对下述情况，应适当权衡提高产水量与延长使用寿命的关系，经过分析后确定。在一些地区，由于地下水位变化幅度大，丰水期，上部含水层均有水，枯水期上部含水层部分无水，若将上部含水层全布置为花管，则地下水位的上下浮动，导致过滤器有时埋没在水中，有时露在空气里，加快了过滤器的腐蚀、锈透，导致管井出砂，甚至坍塌。此时，就应权衡比较，若管井中下部含水层较厚，水量较好，则可在上部

14、含水量处下井壁管；若中下部含中层水量不佳，必须采用上部含水层时，则可在上部含水层布置过滤器，但必须采取一些措施，例如：采用铜丝缠丝，适当加粗缠丝直径等，以延长管井使用寿命，提高井的产水量。另外，对于被污染的含水层应用粘土封死。 3.4 填砾 在运营工作中，出砂是造成井孔坍塌，产水量减少，深井报废，损坏水泵及其它给水设施的主要原因。 合量的缠丝间隙，有利除砂，而合理的填砾级配对除砂更为重要。 填砾的主要作用，是在过滤器外形成反滤层，挡砂、滤砂，同时改善进水水利条件。其级配根据含水层级配确定，一般为8-10d50-d70（含水层岩样筛分时留在筛上重量分别为50-70%时的筛孔直径）。其厚度一般为7

15、5mm。但对于粉细砂地层，采用上述数据效果不佳，三门峡西11#井就因此出砂严重。为了解决三门峡西管井出砂问题，我们将填砾厚度加大到150mm（为便于洗井，厚度不宜过大）同时采取分层填砾，加大级差，填入混合滤料的方法。对不同的地层填入不同的砾料，45m-75m填2-4mm滤料，75mm-160mm填1-4滤料，由于不同的地层均形成了良好的反滤层，因此收到较好的防砂效果。 填砾时应一锨一锨四周均匀填入。坚决杜绝车推，筐填等不均匀填充，由于不规划的填入，造成井管一侧砾料多，一侧滤料少，使井管弯曲，同时滤料少的一侧由于无法形成反滤层造成管井出砂。 砾料一定要干净，应无风化情况，最好是石英沙。 3.5

16、洗井 凿井、下水管、填砾料、洗井这几个工序应一气呵成，绝不允许中断，否则会造成壁坍塌、泥浆壁胶结含水层等恶果。 洗井时保证管井产水量的重要手段，其目的是破坏凿井时形成的泥皮，疏通含水层与深井之间的通道。洗井有活塞洗井、压缩空气洗井，液态CO2洗井等多种方式。用活塞洗井由于形成了强大真空，对泥浆皮有强烈的破坏作用，局部扰动砾料及含水层，便于形成良好的反滤层，同时对含水层有极大的疏通作用，是管井洗井首先的方法。若再配合压缩空气洗井，则可将余砂、岩层碎屑等洗出，达到水清砂净，效果较好。 对于钙核胶结的地层，由于其胶结属窝状，窝之间有大片间隙。凿井恰凿在钙核胶结处，此时用酸洗井则能起到较好的效果。酸与

17、钙核反应，解除胶结，疏通水道，可以较大幅度提高产水量，但应注意酸的浓度及浸泡时间，否则将会腐蚀深井过滤器。洛阳邙山机务小区管井洗井就采用了上述方法，效果较好。 3.6 抽水试验 抽水试验是测定管井涌水量的重要手段，直接为管井运用提供依据，是运用好管井的技术依据。贫水地区抽水试验应不少于24小时/落程，富水地区不小于8小时/落程，均应做三个落程。 4 运营使用 4.1 管井建成后，应及时开通使用，以利及时疏通含水层至深井的疏水通道。不能长期不用。 4.2 安装水泵的流量必须小于管井的涌水量。进入管井的水流速度必须小于影响含水层颗粒稳定的最大允许流速，一般以水位降深达到含水层厚度的1/3较为合适，最多不超过含水层厚度的1/2，否则将形成强力开采的局面，对管井寿命极为不利。 4.3 水泵尽可能采用潜水泵，由于深井泵管中有传动轴，造成其泵管直径较大，增加了泵管与井壁管摩擦的机率，而潜水泵泵管直径较小。 4.4 提高水泵安装质量，避免泵管、井管摩擦。 4.5 加强管井动静水位的监测，及时了解管井涌水量变化情况，及时调整开采量。为便于测动静水位，可在井管旁设观测孔。观测孔设置有二种方法，一种为井管旁另装一根DN40镀锌管，镀锌管长应大于管井枯水期动水位，其下侧安装一段2m长DN40镀锌管，上边凿孔、垫筋、包网。另一种方法为在管井枯水期动水位（由附近深