煤田地质勘察过程中煤芯的采取

李俊

摘 要：煤芯采取率的高低是提高煤田地质勘探工程质量，是地质研究和地质报告编制建立在可靠的基础上的关键。近年来我队在煤田地质勘察过程中，根据施井田所遇到的不同地层，采取有效措施解决了煤田地质钻探过程中煤芯采取难的问题，为圆满提交合格的地质报告打下了坚实的基础。

关键词：煤系地层；煤芯采取；防煤；打煤；取煤器

中图分类号：P642 文献标识码：A

1 煤层及含煤岩系特点

煤层是植物遗体经复杂的生物化学作用、地质作用转变而成的层状固体可燃矿产。它赋存于含煤岩系之中，位于顶底板岩石之间。

2 采煤的技术难点

2.1 煤系地层为水敏性地层。由于含煤地层主要由砂岩、粉砂岩、灰质泥岩和煤组成，在钻进过程中这些地层吸水性强，遇水极易膨胀缩径和垮塌。如重庆地区、贵州、云南等地的二叠系上统龙潭组（P3l）含煤地层均属上述水敏性地层，部分井田煤系地层假厚超过300m。

2.2 煤层硬度。煤层硬度不大，莫氏硬度在1～3级之间，钻进过程中不使用专门的取芯器就无法保证煤芯采取率。

2.3 钻孔上部漏失。近5年来我们施工的746个钻孔超过800m以深的钻孔占总数量的75%以上，最深钻孔1742m。这些钻孔表现为上部地层岩溶裂隙发育，钻进过程中冲洗液漏失严重甚至全漏失。特别是重庆巫山地区、石柱地区、彭水地区最为明显。部分钻孔穿过的裂隙中伴有大量流砂，也给施工造成了困难。

3 采取的技术措施

3.1 上部漏失层的处理。煤系地层要使用泥浆护壁的钻孔，在进入煤系地层后必须保证冲洗液不漏失或漏失量小。在施工过程中我队采取了投入黄泥球或惰性材料堵漏，水泥封堵及下入套管等方法解决漏失问题。

3.2 冲洗液的选择及配制、性能调整。钻孔冲洗液选择的合理与否，将直接影响到钻进效率和孔内安全，也直接影响到煤层采取。有针对性地选择适合所钻煤系地层冲洗液是保证钻孔顺利施工和采取煤层的最基本保障。我们在施工过程中，根据不同地区、不同井田煤系地层的特点和使用的钻进工艺不同，采取了如下措施：①使用绳索取芯钻进工艺的钻孔，采用低固相泥浆。泥浆性能指标控制在比重：1.01～1.05；粘度：25s左右；失水量：8mL/30min～12mL/30min；pH值8～9。遇水敏性强的地层可加入腐植酸钾抑制泥岩等水敏性地层水化。使用普通工法钻进的钻孔，采用低—中固相泥浆，泥浆的性能指标控制在比重：1.05～1.10；粘度：30s～40s；失水量：8mL/30min～12mL/30min；pH值8～9。②严格按照配制程序、方法操作。一是严格计量。二是依次加入。在配制过程中，应按照分散、增稠、增粘、润滑、絮凝的方式依次加入。三是性能调整。四是充分浸泡、搅拌。③泥浆的维护和管理。一是切实做好对返浆性能的测定。施工过程中每班派专人对返浆性能进行认真的测定，使泥浆的性能保持在最佳值。二是及时调整泥浆性能。钻进过程中如果发现钻孔有垮塌的迹象，马上调整泥浆比重，同时向泥浆加入腐值酸钾，以抑制砂、泥岩水化。三是泥浆循环系统搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥浆池内对泥浆的损害。四是认真、及时对有害固相进行清除。

3.3 防煤技术措施。进入煤系地层后防煤是关键。钻机在接到地质人员下达的见煤预告书应该采取如下技术措施，以保证顺利见煤。①使用取煤器钻进煤层顶板，钻头采用底喷式合金钻头（近几年采用的是底喷式复合片金刚石钻头）。这样在见煤时钻进速度变化大，容易感觉。同时也能保证顶板岩芯的采取，为煤层的采取奠定基础。②下取煤器防煤前，要求取煤器各部转动灵活，单动性能好，内、外管要直，卡簧坐与钻头内台阶间距为0.5mm，卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3mm～0.5mm。不得盲目下钻钻进。为了保证卡簧取芯的可靠性，下钻前，可将卡簧在同一钻头上一回次取出的岩芯上测试，保证卡簧在测试岩芯上既不脱落也不卡死。③调整泥浆，清除岩粉。防煤过程中泥浆粘度绳钻应控制在25s左右，普钻泥浆粘度应控制在30s左右。失水量小于10，并且在钻进过程中，每回次要清除泥浆和循环槽中的岩粉，以保持孔内清洁。④限制回次进尺，回次钻进不得超过3m，时间不超过2h。严格执行一次钻程一人判层。在见煤区段内钻进，记好进尺0.1m的记录。⑤班长应对每次取上来的岩心与自己的判层感觉和预告书中的岩层进行对比，以便推断见煤深度，确定下回次钻进进尺长度。⑥防（采）煤过程中，严格执行“五提钻”和“六不干”制度。“五提钻”：一次钻程达到规定进尺长度时提钻；在限制回次进尺中，见快（见软）或变硬时都要提钻；判层不清提钻；岩心堵塞或干磨不进提钻；憋泵提钻。六不干：采煤工具不合适，不好用不干；判层仪表不灵敏，不准确不干；泥浆泵未修好，来水不正常不干；煤层顶板的残留岩心未取净不干；泥浆未调好不干；孔内坍塌、掉块及异常情况、未处理好不干。

3.4 煤层采取技术措施。煤芯采取率的高低是提高煤田地质勘探工程质量，使地质研究和地质报告编制建立在可靠的基础上的关键。在施工过程中往往是所有钻探工作都做得很好，但在煤层采取时，出现将煤层打薄和打丢的现象。为了保证煤芯采取率在煤层中钻进时我们采取了以下措施：①见煤（见软）时，必须丈量钻具长度，并合理平差。②确定机械设备、仪表完好；采煤工具调试到位；泥浆性能指标达到要求；孔壁稳定，无掉块及异常情况；煤层顶板无残留岩心后，方能下取煤器采煤。③选用合理的钻进参数。④打煤时要严格执行打煤钻进规程，在无绝对把握时，煤层的第一回次钻程要少钻，其长度不得超过0.5m，以便检验煤心采取器的可靠程度和钻进参数是否合理，便于采取补救措施。⑤煤芯取芯长度的确定。厚度小于1m的煤层可以钻穿煤层连同煤层底板一起取上。厚度较大瓦斯含量较小的硬煤层（块煤），第二回次钻进时可以控制在2m左右。钻进厚度较大瓦斯含量高的软煤层（粉煤），每回次钻进宜控制在1m～1.5m左右。无论什么煤，每回次鉆程进尺不能超过煤心管有效长度。⑥钻煤时，要由机长、班长亲自操作，并听取地质、钻探技术员的指导。

结论

在煤系地层钻进过程中，使用好泥浆保证钻孔在煤系地层钻进过程中孔壁稳定是采好煤层的前提条件；选择好采煤器采煤是提高煤芯采取率的关键；在防、打煤过程中严格执行“五提钻”和“六不干”制度是提高煤层采取率的保证。在防、打过程中只要坚持使用好泥浆，严格执行防、打煤制度，就能保证煤芯采取率。

参考文献

[1]胡明岩.煤田地质勘探中煤质工作的重要性[J].中国煤炭，2009，35（11）：78-80.