祁东煤矿7131“两带”采后观测钻孔施工方法及成果分析

李满堆

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

祁东煤矿7131“两带”采后观测钻孔施工方法及成果分析

李满堆*

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

祁东煤矿位于淮北煤田东南部，矿井东南部均以煤层露头为界，7131工作面位于矿井南部，为浅部开采，为了安全合理的开采，通过7131“两带”观测钻孔的施工，介绍了施工方法，取得了7131工作面采高为3.20m时的导水裂缝带高度及垮落带高度，并采用理论计算与实测数据的比较，为该工作面浅部煤层安全开采提供了准确可靠的成果依据。

两带；导水裂缝带；垮落带；两带观测

祁东煤矿位于安徽省宿州市东南，其井筒位置距宿州市约27km，行政区划属于宿州市墉桥区芦岭乡和蚌埠市固镇县任桥镇。矿井东北以京沪铁路与龙王庙（北区）井田为界；东部以太原组第一层石灰岩露头线为界；为新生界松散层覆盖的全隐蔽矿床。煤层开采在浅部露头带受松散层四含水影响，为了掌握祁东煤矿7131综采工作面煤层采用顶板预裂爆破开采后上覆岩层内垮落带和导水裂隙带的发育高度及其分布形态及特点等，通过实际观测了解和掌握覆岩冒裂带及基岩风化带的渗透性和隔水性，以便正确指导安全开采深度的合理确定和保证矿井的安全合理开采。

1　施工方法

（1）钻孔采用地质钻孔与水文地质钻孔相结合的方式进行施工，先按照从299.87m开始取芯钻进至368m，扩孔并选择在隔水岩层下套管并用水泥全封闭管外止水，严格检查止水效果，确保止水可靠无误，钻孔基本施工结构见图1。

图1　钻孔结构示意图

（2）止水后扫孔、洗孔至水清，扫孔超过底口以下的深度不小于200mm，然后对止水效果进行检查，管内水位变化经过8h不大于40mm，止水合格。

（3）止水合格后，开始基岩观测段钻进时，采用清水做冲洗液，冲洗液闭路循环。

（4）止水检查合格后钻进时，冲洗液漏失量的观测方法是，开钻后测定一次水源箱水位，并记录开钻时间、钻孔深度，采用每钻进0.5m测定和记录一次。

（5）清水钻进后，起钻后、下钻前均测定钻孔内水位。当停钻时间较长时，每隔5～10min观测一次水位。

（6）钻进过程中确定已进入导水裂缝带顶点位置时，记录了准确的深度，此后继续钻进时安排了有经验人员把钻，记录钻具了振动、卡钻、掉钻等情况，每次起钻后观测了有无向孔内吸风现象。

（7）钻孔取芯：自松散层三隔下部开始向下全部取芯，岩芯采取率不低于70%，并做好了岩芯摆放、编录及裂隙发育、岩石风化等描述工作，准确判断了岩层的层位、岩性、倾角、确定了强风化带深度约364.80m。

（8）终孔深度：钻进至开采煤层7煤层顶板位置，因孔内情况差，无法朝下继续钻进，终孔深度457.62m。

（9）封孔前进行了彩色钻孔电视探测、声速测井和常规测井等工作。

（10）封孔：观测工作完成之后经矿方同意后进行了封孔，采用水泥砂浆封至地表，封孔取样检查，严格把握封孔质量关，以确保矿井生产安全。

2　实测成果与理论成果来源

2.1实测成果的来源

一般通过钻探与电视测井相结合的方式取得，钻探最主要的手段是通过钻进过程中简易水文观测及钻孔出现的一些异常现象来判定。

首先，导水裂缝带深度可通过钻进过程中循环液的漏失情况及观测钻孔内水位来确定，一般到达裂缝带时循环液消耗量会突然变大或全漏失，同时钻孔内水位急速下降埋深加大或水位降至孔底。该孔钻进至孔深413.21m处出现循环液全部漏失，浓泥浆堵漏无效，使用现有设备注水，均小于漏失量。同时观测了钻孔水位，该钻孔漏失量、水位变化情况见图2。

图2　漏失量、水位—钻孔深度关系图

通过水位观测可以看出，413.21m漏水之后，孔内水位埋深急速下降，判断可能向采空区垂直漏失，至420.39m处时水位约260m，初步判断与垮落带积水相连通。

其次，在没有构造影响的情况下，可通过钻孔取芯的岩芯完整性、裂隙发育程度等来确定。达到垮落带深度时，一般会出现掉钻及卡钻现象，有时可能出现塌孔现象，往下无法继续钻进。该钻孔在430m出现了取芯卡钻现象，在433.00～435.69m和448.00～448.20m出现了掉钻现象，导水裂缝带内岩性特征情况见图3。

彩色电视测井主要是通过钻孔成像的方式，通过观测钻孔壁的情况来直观确定，此方式只有在钻孔无水的情况下才能获得清晰的图像，尽而直接观测。实践证明，一般难度较大，很难成功，本次该项未取得成果。

2.2理论成果的来源

经本矿岩石力学测试及岩芯倾角测定，该煤层覆岩为中硬岩、中缓倾角，导水裂缝带高度计算公式：

式中：HK——垮落带最大高度，m；

HL——导水裂缝带最大高度，m；

∑m——累计采厚，以煤层厚度计，m；该孔煤层厚度3.20m。

图3　导水裂缝带岩性特征

表1　煤层开采导水裂缝带及垮落带高度计算表

3　实测成果与理论成果分析

钻探综合判定裂导水缝带高度41.95m（深度413.21～455.16m），垮落带7.16m（深度448～455.16m）；理论计算垮落带高度范围7.2～11.6m，导水裂隙带高度范围31.1～45.78m。理论与实测相差不大，综合确定7131工作面煤层采厚为3.20m时，导水缝带高度41.95m，垮落带7.16m。

4　结束语

祁东煤矿7131综采工作面采后“两带”观测钻孔的合理施工方法，取得了可靠的实测成果，为该工作面煤层合理及安全开采提供了可靠的理论依据及实践依据。提出了两带高度的确定方法。

（1）通过钻井过程中简易水文观测包括漏失量、水位观测。

（2）钻探取芯岩芯完整程度包括岩芯的完整程度变化、裂隙情况等。

（3）钻进过程中的一些异常现象包括掉钻、吸风现象等。

（4）有条件时可进行彩色电视测井直接观测。

（5）据不同的岩层情况采用不同的经验公式进行计算。

（6）为相同条件的煤层开采提供了可靠的借鉴；通过实测数据与理论数据的比较，同时论证了经验公式的可靠性。

［1］国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（煤行管字【2000】第81号）［S］.

［2］安徽煤田地质局第三勘探队.安徽省宿州市祁东煤矿资源/储量核实地质报告［R］.2005.

［3］DZ/T0215-2002煤、泥炭地质勘查规范［S］.

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1004-5716（2016）03-0170-03

2015-03-10

2015-03-11

李满堆（1982-），男（汉族），甘肃天水人，工程师，现从事煤田地质勘探技术工作。