鉆探技術在礦井水文監測中的應用

汪程林

（安徽省地質礦產勘查局326地質隊，安徽 安慶 246003）

隨著經濟的發展，井下水害的頻發多與過量開采人類活動有關，是對生態環境破壞的一種表現。為科學合理地開發與利用井下水資源，我們必須重視井下的水文監測。2014年7月國家發改委聯合水利部、國土資源部等多部門發布了《國家地下水監測工程項目建議書》，明確了我國井下水文監測網建設目標[1]。鉆探技術是井下水文監測中最重要的技術之一，是保障礦山水文監測設備有效運行的前提。鉆探技術與鉆探工藝的選擇直接就決定了監測井的質量。因此，重視鉆探技術在井下水文監測中的運用尤為重要。

1 井下水文監測的目的

井下水監測是在一個開采區域內選擇具備代表性的泉、井、孔等對地下水的水文情況進行動態監測，為井下水開發和保護提供基礎資料。井下水文監測同時也是國土資源部和水利部門重要的職責，水位、水文動態發展趨勢是監測的重點，其目的在于防止因礦山生產產生的地面沉降，科學合理的利用地熱、淺層低溫能源等，為礦山地質保護和水文保護提供相應的決策。同時，利用監測數據客觀地評價井下水資源，為優化配置水資源等提供參考。

2 監測井布置與技術

2.1 監測井布置

井下水文監測井的布置需要遵循“重點監測、專項監測”理念，監測井布置需要遵循以下原則：突出性原則。在地質、水文問題突出的區域展開專項監測；統籌性原則。重點考慮礦山開采區域的布局，將水文地質單元和井下水統籌監測；重點性原則。另外井下水監測需要對礦山周圍居民生活區域、工業園區、能源基地等進行重點監測，以此保障井下水資源的生態屬性。

圖1 監測井布置在含水層示意圖

2.2 監測井主要技術

監測井是礦山水文監測的載體，其主要技術如下：開孔直徑必須小于220mm，利于水文監測設備安裝；鉆井要求全孔取心，孔深、孔斜嚴格遵守監測井標準，并且每100m孔斜需要大于1°；鉆孔技術選取需要結合地質情況，不同地質選取不同的鉆探技術；以鉆穿含水層并進入隔水層5m為終孔原則；成井水量必須高于10m3/d；最終監測井鉆孔后需洗井，具體洗井情況結合礦區實際情況[2，3]。

3 鉆探技術在井下水監測中的運用

鉆探及技術是礦山監測井成孔的關鍵技術，是監測井最基本的施工工藝，鉆探技術的選取直接影響著成井的質量和井下水文監測效果。不同的地質環境將采取不同的鉆探技術，這樣才能確保最終監測效果。

3.1 松散層鉆探技術運用

松散層鉆探技術主要采取泵吸反循環鉆進、正循環回轉鉆進和沖擊鉆進三種技術：

泵吸反循環鉆進適用于100m以內的松散地質層面監測井使用，鉆井直徑400mm以內。

地層以第四系粉土、粉細砂和粉質粘土為主。該技術使用時候應該結合鉆孔間隙和鉆孔深度確定泵壓，杜絕鉆孔時巖屑和沉渣量進入水泵引發卡鉆和埋鉆的情形。注意該種技術不適應基巖較硬的監測水井使用，并且具有明確的鉆井深度限制。

正循環回轉鉆進適用于100m～400m之間的松散地質層面監測井使用，地層為第四系粉土、粉細砂和粉質粘土為主。該技術使用時應該嚴格控制鉆速（50r/min～80r/min），做好泥漿粘度、密度、失水量和含沙量控制。具體泵量根據監測井地層、口徑和泥漿粘度決定。此種及技術對地層的適應性較好，但是開孔的速度相對較慢，鉆探時間較長。

沖擊鉆進適用于井深50m～100m的卵石層監測井，地層以粗骨粒、碎砂石為主，軟硬不均勻，易坍塌，可采用沖擊鉆進成孔方式，高粘度泥漿護壁，利用撈渣筒撈渣。這種鉆探工藝解決了其他鉆探工藝在軟硬不均勻卵石層鉆進困難的問題，但是沖擊鉆進的深度受限制。

3.2 基巖鉆探施工技術運用

基巖鉆探施工技術主要包含了空氣潛孔錘鉆進和回轉鉆進兩種技術，在礦井水文監測鉆井中的運用如下：

空氣潛孔錘鉆進主要運用到井深50m～200m之間的基巖裂縫隙水監測井的運用，最終成孔直徑在270mm左右。主要是為了適應完整基巖段無法下管，局部區域的井部巖層容易破碎和掉塊的特點。記住無縫金屬管和同徑橋式濾水管完成監測。該技術主要運用到礦井地層為泥巖、砂巖、石灰巖等巖層相對堅硬的監測井。此種技術破堅能力強、鉆進速度快，能夠有效地解決巖層破碎掉落的問題。但是其施工成本相對較高，地層破碎程度或者地層較軟時的鉆進效率不高，對監測井直徑和垂直度的控制效果不理想。

回轉鉆進技術主要運用到井深200m以上的基巖裂縫隙水監測井或者巖溶水監測井上，最終成孔直徑與空氣潛孔錘鉆進技術一致。該地層以泥層、砂巖、白云巖等質地堅硬的巖石為基巖，采取此種工藝可以結合鉆井深度和地層情況，快速、精準的開孔，實現鉆孔的目的。其中，泵壓根據泥漿粘度、鉆孔間隙、孔深等調整。此種技術對于監測井地層和深度的適應性非常強，但是其鉆進效率非常低，在破碎帶或巖溶發育地段鉆進時，經常會發生漏漿現象，易造成卡鉆、埋鉆事故。

4 結語

鉆探技術是井下水文監測的基礎技術，在一定程度上影響了井下水監測效果和監測質量，在井下水監測井施工前必須根據施工類型選擇相應的鉆探工藝，這樣才能確保監測井質量和后期井下水文監測的質量。因此，科學合理地選擇鉆探技術對井下水監測有著重要的意義，我們必須重視施工源頭控制，不斷提升井下水文監測的質量。