祁東煤礦7131“兩帶”采后觀測鉆孔施工方法及成果分析

李滿堆

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，安徽宿州234000）

祁東煤礦7131“兩帶”采后觀測鉆孔施工方法及成果分析

李滿堆*

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，安徽宿州234000）

祁東煤礦位于淮北煤田東南部，礦井東南部均以煤層露頭為界，7131工作面位于礦井南部，為淺部開采，為了安全合理的開采，通過7131“兩帶”觀測鉆孔的施工，介紹了施工方法，取得了7131工作面采高為3.20m時的導水裂縫帶高度及垮落帶高度，并采用理論計算與實測數(shù)據(jù)的比較，為該工作面淺部煤層安全開采提供了準確可靠的成果依據(jù)。

兩帶；導水裂縫帶；垮落帶；兩帶觀測

祁東煤礦位于安徽省宿州市東南，其井筒位置距宿州市約27km，行政區(qū)劃屬于宿州市墉橋區(qū)蘆嶺鄉(xiāng)和蚌埠市固鎮(zhèn)縣任橋鎮(zhèn)。礦井東北以京滬鐵路與龍王廟（北區(qū)）井田為界；東部以太原組第一層石灰?guī)r露頭線為界；為新生界松散層覆蓋的全隱蔽礦床。煤層開采在淺部露頭帶受松散層四含水影響，為了掌握祁東煤礦7131綜采工作面煤層采用頂板預裂爆破開采后上覆巖層內(nèi)垮落帶和導水裂隙帶的發(fā)育高度及其分布形態(tài)及特點等，通過實際觀測了解和掌握覆巖冒裂帶及基巖風化帶的滲透性和隔水性，以便正確指導安全開采深度的合理確定和保證礦井的安全合理開采。

1　施工方法

（1）鉆孔采用地質(zhì)鉆孔與水文地質(zhì)鉆孔相結合的方式進行施工，先按照從299.87m開始取芯鉆進至368m，擴孔并選擇在隔水巖層下套管并用水泥全封閉管外止水，嚴格檢查止水效果，確保止水可靠無誤，鉆孔基本施工結構見圖1。

圖1　鉆孔結構示意圖

（2）止水后掃孔、洗孔至水清，掃孔超過底口以下的深度不小于200mm，然后對止水效果進行檢查，管內(nèi)水位變化經(jīng)過8h不大于40mm，止水合格。

（3）止水合格后，開始基巖觀測段鉆進時，采用清水做沖洗液，沖洗液閉路循環(huán)。

（4）止水檢查合格后鉆進時，沖洗液漏失量的觀測方法是，開鉆后測定一次水源箱水位，并記錄開鉆時間、鉆孔深度，采用每鉆進0.5m測定和記錄一次。

（5）清水鉆進后，起鉆后、下鉆前均測定鉆孔內(nèi)水位。當停鉆時間較長時，每隔5～10min觀測一次水位。

（6）鉆進過程中確定已進入導水裂縫帶頂點位置時，記錄了準確的深度，此后繼續(xù)鉆進時安排了有經(jīng)驗人員把鉆，記錄鉆具了振動、卡鉆、掉鉆等情況，每次起鉆后觀測了有無向孔內(nèi)吸風現(xiàn)象。

（7）鉆孔取芯：自松散層三隔下部開始向下全部取芯，巖芯采取率不低于70%，并做好了巖芯擺放、編錄及裂隙發(fā)育、巖石風化等描述工作，準確判斷了巖層的層位、巖性、傾角、確定了強風化帶深度約364.80m。

（8）終孔深度：鉆進至開采煤層7煤層頂板位置，因孔內(nèi)情況差，無法朝下繼續(xù)鉆進，終孔深度457.62m。

（9）封孔前進行了彩色鉆孔電視探測、聲速測井和常規(guī)測井等工作。

（10）封孔：觀測工作完成之后經(jīng)礦方同意后進行了封孔，采用水泥砂漿封至地表，封孔取樣檢查，嚴格把握封孔質(zhì)量關，以確保礦井生產(chǎn)安全。

2　實測成果與理論成果來源

2.1實測成果的來源

一般通過鉆探與電視測井相結合的方式取得，鉆探最主要的手段是通過鉆進過程中簡易水文觀測及鉆孔出現(xiàn)的一些異常現(xiàn)象來判定。

首先，導水裂縫帶深度可通過鉆進過程中循環(huán)液的漏失情況及觀測鉆孔內(nèi)水位來確定，一般到達裂縫帶時循環(huán)液消耗量會突然變大或全漏失，同時鉆孔內(nèi)水位急速下降埋深加大或水位降至孔底。該孔鉆進至孔深413.21m處出現(xiàn)循環(huán)液全部漏失，濃泥漿堵漏無效，使用現(xiàn)有設備注水，均小于漏失量。同時觀測了鉆孔水位，該鉆孔漏失量、水位變化情況見圖2。

圖2　漏失量、水位—鉆孔深度關系圖

通過水位觀測可以看出，413.21m漏水之后，孔內(nèi)水位埋深急速下降，判斷可能向采空區(qū)垂直漏失，至420.39m處時水位約260m，初步判斷與垮落帶積水相連通。

其次，在沒有構造影響的情況下，可通過鉆孔取芯的巖芯完整性、裂隙發(fā)育程度等來確定。達到垮落帶深度時，一般會出現(xiàn)掉鉆及卡鉆現(xiàn)象，有時可能出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，往下無法繼續(xù)鉆進。該鉆孔在430m出現(xiàn)了取芯卡鉆現(xiàn)象，在433.00～435.69m和448.00～448.20m出現(xiàn)了掉鉆現(xiàn)象，導水裂縫帶內(nèi)巖性特征情況見圖3。

彩色電視測井主要是通過鉆孔成像的方式，通過觀測鉆孔壁的情況來直觀確定，此方式只有在鉆孔無水的情況下才能獲得清晰的圖像，盡而直接觀測。實踐證明，一般難度較大，很難成功，本次該項未取得成果。

2.2理論成果的來源

經(jīng)本礦巖石力學測試及巖芯傾角測定，該煤層覆巖為中硬巖、中緩傾角，導水裂縫帶高度計算公式：

式中：HK——垮落帶最大高度，m；

HL——導水裂縫帶最大高度，m；

∑m——累計采厚，以煤層厚度計，m；該孔煤層厚度3.20m。

圖3　導水裂縫帶巖性特征

表1　煤層開采導水裂縫帶及垮落帶高度計算表

3　實測成果與理論成果分析

鉆探綜合判定裂導水縫帶高度41.95m（深度413.21～455.16m），垮落帶7.16m（深度448～455.16m）；理論計算垮落帶高度范圍7.2～11.6m，導水裂隙帶高度范圍31.1～45.78m。理論與實測相差不大，綜合確定7131工作面煤層采厚為3.20m時，導水縫帶高度41.95m，垮落帶7.16m。

4　結束語

祁東煤礦7131綜采工作面采后“兩帶”觀測鉆孔的合理施工方法，取得了可靠的實測成果，為該工作面煤層合理及安全開采提供了可靠的理論依據(jù)及實踐依據(jù)。提出了兩帶高度的確定方法。

（1）通過鉆井過程中簡易水文觀測包括漏失量、水位觀測。

（2）鉆探取芯巖芯完整程度包括巖芯的完整程度變化、裂隙情況等。

（3）鉆進過程中的一些異常現(xiàn)象包括掉鉆、吸風現(xiàn)象等。

（4）有條件時可進行彩色電視測井直接觀測。

（5）據(jù)不同的巖層情況采用不同的經(jīng)驗公式進行計算。

（6）為相同條件的煤層開采提供了可靠的借鑒；通過實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比較，同時論證了經(jīng)驗公式的可靠性。

［1］國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程（煤行管字【2000】第81號）［S］.

［2］安徽煤田地質(zhì)局第三勘探隊.安徽省宿州市祁東煤礦資源/儲量核實地質(zhì)報告［R］.2005.

［3］DZ/T0215-2002煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范［S］.

P634

B

1004-5716（2016）03-0170-03

2015-03-10

2015-03-11

李滿堆（1982-），男（漢族），甘肅天水人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探技術工作。