祁南煤礦厚新地層、千米井筒檢查孔施工技術

張登偉，束學照

（1.淮北祁南煤礦安全改建工程項目部，安徽淮北 235000， 2.淮北礦業集團勘探工程公司，安徽 淮北 235000）

祁南煤礦厚新地層、千米井筒檢查孔施工技術

張登偉1，束學照2

（1.淮北祁南煤礦安全改建工程項目部，安徽淮北 235000， 2.淮北礦業集團勘探工程公司，安徽 淮北 235000）

祁南煤礦安全改建工程中的三個井檢孔所處新地層松散層厚度較大，且所含粘土層所占比例較高，特別是三隔粘土層平均厚110 m，巖性為弱固結狀的含鈣質粘土、砂質粘土，在利用井筒凍結技術施工過程中，由于其技術難度較大，故在井筒設計和施工安全上應高度重視，最終滿足“一礦二井”的安全生產管理模式。

井筒檢查孔； 施工技術； 研究

1 概況

祁南煤礦位于安徽省宿州市南約17 km，行政區劃為宿州市埇橋區祁縣鎮、桃園鎮，井田面積為112.31 km2，井田內有淮河主要支流澮河從井田中部穿過，屬季節性河流。本井田地處淮北平原中部，地勢平坦，地面標高一般在＋17.2～＋22.2 m，屬季風溫暖半濕潤氣候，四季分明，冬冷夏熱。

根據祁南煤礦地質及水文地質情況，按照合肥設計研究院編制的《井筒檢查孔施工技術要求》。該工程由淮北礦業集團公司勘探工程公司承擔施工并提交資料。風、副、主井檢查孔于2010年開工，經過4個多月的野外艱苦施工，于2011年順利完成全部施工任務，共完成鉆探工程量3 905.31 m，其中主檢孔1 151.36 m，副檢孔1 377.24 m，風檢孔1 376.71 m，如圖1所示。

2 井檢孔主要技術指標及要求

根據《祁南煤礦安全改建項目井筒檢查孔施工技術要求》其主要技術指標如下。

各井檢孔自垂深10 m下全孔取芯，采取率表土層和基巖不少于75%，沙層、破碎帶及軟層不少于60%，煤層（可采煤層）力爭達到95%，并取煤層樣和瓦斯樣，巖芯經地質技術人員描述鑒定后按順序貼好每回次標簽依次擺放，保管完整。

圖1 檢查孔與井筒位置關系平面圖

砂層及粘土層從厚度大于2 m的砂層中，每孔取8組（一、二、三含6組，四含2組）樣進行測試，其內容顆粒成分、濕度、容重、密度、孔隙度、滲透系數及摩擦角。

當巖層成分變化大厚度大于5 m是增加取樣數量，對主要可采煤層頂底板嚴格取樣，特別在－970 m處、－1 200 m處和－900～－990 m，基巖面后50 m需加密取樣，測試內容：抗剪強度、彈性模量、泊松比、容重、凝聚力系數抗壓強度。

井檢孔穿過1、2、32、61、62、63、71、72、8等主要（可采）煤層，要求取樣煤層的工業指標，瓦斯含量，放散初速度ΔP，a、b常數和堅固系數，可燃性、爆炸性指標及物理力學性質。

認真做好簡易水文觀測工作和抽注水試驗工作，同時做好松散層新地層及基巖混合抽水試驗各一次（流量流速測井），確定各含水層參數，預計各井筒涌水量。

3 井檢孔鉆探施工程序

3.1 鉆進工藝的確定

根據地質設計要求，確定以合金取芯鉆進、金剛石鉆進為主要鉆進工藝；取煤器鉆進煤層及其頂、底板；以泥漿（套管）進行護壁；以優質低固相泥漿作為沖洗液，根據地層情況和工藝需求，合理優選類型和配方，使其性能指標滿足施工要求，并保持性能穩定。

3.2 工藝流程

測放鉆孔→場地平整→設備（底盤及鉆塔、鉆機）安裝→開孔準備→Φ91取芯鉆進至基巖面→測井→Φ190擴孔基巖面下套管（洗井、抽水試驗、流量測井）→Φ91取芯鉆進至終孔層位→測井→（洗井、抽水試驗、流量測井）→封孔。

4 鉆探施工工藝與施工參數

4.1 鉆探施工工藝

鉆進方法。覆蓋層、巖層采用硬質合金、PDC鉆頭鉆進；到達煤層頂板接近煤層時，換用取煤器取芯鉆進。

鉆具的選擇。巖層取芯選擇取芯鉆具；煤層取芯選擇SXMD—2型取煤器。

鉆頭的選擇。取芯選用Φ91 mm取芯鉆頭，煤層及其頂底板選用Φ91 mm單動雙管取煤器階梯式側底噴鉆頭；擴孔選用Φ190 mm擴孔鉆頭。

沖洗液與護壁堵漏。根據本礦區煤田鉆進的特點，沖洗液應選用優質低固相、無固相泥漿，原材料選用優質膨潤土，并根據地層情況合理加入相應的泥漿處理劑進行調整。常用的泥漿處理劑有：PHP、CMC、Na2CO3、PM植物膠、KP共聚物、腐植酸鉀（KHM）。可有效地排除孔內巖粉，提高沖洗介質的懸浮能力。

鉆孔采用泥漿及化學處理劑結合套管進行護壁。鉆進中如遇小的漏失，可根據實際情況調整沖洗液配方或填加化學處理劑進行防漏；如漏失較大，則用堵漏材料或水泥漿液進行堵漏。

4.2 鉆進參數

開孔鉆進覆蓋層，鉆速快，鉆粉多，易糊鉆；自然造漿率高，泥漿粘度大，鉆頭所受阻力大。鉆進時應保持輕壓、中速、大泵量，鉆進規程應控制在壓力200～400 kg，轉速75～300 r/min，沖洗液量180～250 L/min。

取芯鉆進，鉆頭為復合片式，鉆桿內外管間隙、鉆頭與卡簧座間隙較小，鉆進時容易造成堵塞，且鉆速快、巖粉多，易埋鉆。鉆進時應保持中壓、中速、較大泵量，鉆進壓力應控制在800～1 000 kg，轉速150～300 r/min，沖洗液量150～250 L/min。

取煤器鉆進，鉆頭底唇面大，環狀間隙小，鉆頭水眼小；進入煤層后，水流對煤芯有較強的沖刷作用，易造成煤芯丟失。鉆進時應保持較大壓力、中速、小泵量，快速鉆進，鉆進壓力應控制在800～1 000 kg，轉速150～300 r/min，沖洗液量120～150 L/min。

5 獲得的地質資料及成果

5.1 地層情況

井檢孔揭露地層自上而下有：第四紀、第三系、上、下石盒子組和山西組（部分）見表1。

表1 地層情況統計表

由此表可知，新地層（Q＋N）深度為336.85～340.25 m，其中含有四個含水層和三個隔水層。二疊系地層本次3個井檢孔揭露厚度平均為1 006.3 m，巖性主要由砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層組成。本區風氧化帶厚度受巖性裂隙發育程度及“四含”影響，巖石多呈褐黃色、灰褐色，雜色等，松軟巖石多為碎塊狀，各孔風氧化帶厚度見表2。

5.2 構造分析

三個井檢孔見破碎帶各一個厚度分別為2.6 m和6.2 m，巖性混雜松軟滑面摩擦痕跡明顯，另根據測井資料見有兩處11.6 m個22.5 m的破碎帶，經與巖芯比較，可推斷兩條3～5 m斷層。

5.3 井筒水文地質成果

三個井檢孔確定了井筒穿過新生界和松散地層，屬含隱蔽礦床見表3。

表2 各檢查孔風氧化帶深度一覽表

表3 含、隔水層（組、段）劃分情況表

基巖段含水層（二疊系）主要劃分兩大段，其一為K3砂巖含層段（32煤底板下約40 m處）和6～8煤段砂巖含水層段。

根據地下水動力學原理，預計井筒涌水量，因井筒表土段采用凍結法和鉆井法施工，故只能預計基巖段含水層的井筒涌水量，按大井法穩定流承壓－無壓完整井裘布依水量計算公式計算，其結果見表4。

表4 各井筒涌水量及參數選擇表

5.4 開采地質條件分析

由于井檢孔較深，實測最深點1 370 m，井溫為44.78℃屬二級熱害區，為井筒施工和礦井開拓治理熱害提供了依據。

瓦斯含量及壓力，本次采集了1、2、32、61、7等5個煤層的瓦斯樣進行了分析，經測試CH4含量一般在3.65～10.05 m3/t，應屬高瓦斯礦井，壓力測試見表5。

表5 主、副、風檢孔壓力測試成果統計表

6 結論

祁南煤礦新地層松散層厚度較大，且含粘土層所占比例較高，特別是三隔粘土層平均厚110 m，巖性為弱固結狀的含鈣質粘土、砂質粘土，在利用井筒凍結施工，建議在井筒設計和施工中高度重視。

本次鉆孔內所測主采煤層瓦斯壓力及參數僅供參考，建議應重視井筒掲煤和瓦斯治理工作。

由于井筒暫沒有施工，鉆孔所揭露的地質資料和參數有待進一步的證實和查明。

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Research on Key Technology in Construction of Thick New Formation and Thousand Shaft Examination Hole in Qinan Mine

ZHANG Deng－wei1，SHU Xue－zhao2
（1.The Safety Reconstruction Project Department of Qinan Mine in Huaibei，Huaibei Anhui235000；2.The Exploration Project Company of Huaibei Mining Industry Group，Huaibei Anhui235000）

The new stratigraphic in the three well inspection holes of safety reconstruct project in Qinan mine，which the thickness of losses bed is lager and contains a higher proportion of clay layer，especially the average thickness of the three aquifuge clay layer is 110 meter which the lithology is weak consolidated calcium－containing clay and sandy clay.In the process of using shaft freezing technology，because of this technology is more difficult，we need to pay great attention to the shaft design and construction shafty，to meet the safety production management mode of“one mine with two wells”finally.

monitoring shaft hole；construction technology；study

TD262

B

1671－4733（2011）05－0009－04

10.3969/j.issn.1671－4733.2011.05.004

2011－08－30

張登偉（1961－），男，安徽碭山人，高級工程師，從事礦井地質與建井技術工作，電話：13855707926。