煤田勘探阶段设计钻孔非取芯段设计注意事项研究

郝琴华

（安徽省地质矿产勘查局325 地质队，安徽 淮北 235037）

1 概 况

砀山煤田在勘探阶段的工作任务，是在详查基础上设计布置更多的钻孔，对煤层赋存情况进一步查明。为了加快勘探进度，在勘查程度较高地段的部分设计钻孔可以设计成部分非取芯段钻孔，节省钻探时间，加速探矿进度。本人根据多年来的勘查经验，在皖北砀山煤田勘探中对钻孔非取芯段的设计进行研究，现就注意事项进行分析总结，希望对皖北煤田勘探阶段部分设计钻孔中非取芯段的设计有所帮助。

2 砀山煤田煤层地质

2.1 矿区地质

砀山煤田勘查区被厚275～417 m 的新生界（Q、N）掩盖，其下由老到新为石炭系上统太原组（C2t）、二叠系下统山西组（P1s）和下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、二叠系上统石千峰组(P2sh)，详见表1。

表1 矿区地层简表Table 1 Stratigraphic table of mining area

勘查区含煤地层为二叠系下石盒子组和山西组，是此次主要的勘查对象。

第四系（Q）：厚121 m，由灰黄色粘质砂土，浅棕红色、棕黄、灰黄色粉质粘土、粉砂、细砂组成，含钙质结核及铁锰质结核。

新近系（N）：厚227 m，上部由黄、青杂色、棕黄色粉质粘土、粘土夹薄层细砂组成；下部由灰绿、棕红、棕黄色粘土、粉质粘土和棕黄、棕红色细砂组成。

二叠系上统上石盒子组（P2s）：厚530～570 m，上部浅灰色～灰色，中～细粒长石石英砂岩与灰绿、灰紫色泥岩、粉砂岩互层，局部为深灰色泥岩，含植物碎片化石，厚230～260 m；下部由浅灰～灰绿色中～细粒长石石英砂岩与绿灰、灰紫色粉砂岩、泥岩组成，泥岩中含大量的紫色斑块，菱铁矿鲕粒普遍发育，灰色泥岩中含有大量的植物化石，该段底为一浅灰、灰白色含砾粗～中粒长石石英砂岩，为矿区主要标志之一，厚270～280 m。

下石盒子组（P1x）：厚160～206 m，由泥岩、粉砂岩、中～细粒砂岩及煤层组成，为主要含煤段；含煤3 组（8、7、6），其中8、6 煤层一般不可采，7 煤组有71、72 两个分层，在整个勘查区都比较稳定，全区大部分可采，是本区最主要可采煤层。

山西组（P1s）：厚86～108 m，以灰色细～中粒长石石英砂岩为主，由菱铁矿颗粒显示层理；含煤3 组（11、10、9），其中11 煤组和9 煤组为不可采煤层，10 煤组在整个勘查区比较发育，有101、102、103 三个分层，101、103 大都不可采，102 是被岩浆岩侵入、侵蚀，变为天然焦、局部分为两层，为不稳定煤层。

石炭系上统太原组（C2t）：厚164 m，岩性为灰～深灰色生物结构灰岩，含硅质结核泥晶灰岩与灰黑色粉砂岩、泥岩、灰色～中粒长石石英砂岩互层，一般含灰岩9～11 层，灰岩中含较多蜓科化石；含不可采煤层6～8 层；顶部第一层含生物碎屑灰岩为标志层（K1）、泥岩、粉砂岩中富含黄铁矿小团块、局部含菱铁矿，含少量植物碎片化石，中下部含较多腕足类化石。

2.2 煤层及标志层对比

主要从标志层、层间距、煤层顶、底板岩石特征3 个方面进行对比。

2.2.1 标志层

K1：为石炭系太原组顶部第一层灰岩，厚0.30～1.50 m，全区稳定，富含生物碎屑；其顶部为一套泻湖相黑色泥岩，是下石盒子组与山西组分界线。

K2：为铝土泥岩，为湖相胶体沉积，灰白色～灰绿色，致密块状，具滑感、质纯、常具贝壳状断口，层位全区稳定，厚度1.20～4.79 m，为下石盒子组与山西组分界的标志。

K3：为一套浅灰、灰白色含砾粗～中粒砂岩，主要成份以石英为主，长石次之，钙质胶结，硬度大，具板状斜层理；位于上石盒子组中部。

2.2.2 层间距

10 煤组下距灰岩标志层（K1）40～58 m，一般45 m 左右；上距标志层（K2）61～82 m。

7 煤组下距标志层（K2）28～44 m，上距标志层（K3）130～180 m。

2.2.3 煤层顶、底板岩石特征对比

71煤层之上通常为富含植物叶茎化石的黑灰色泥岩，有时含有黄铁矿细晶，煤层底板一般为灰黑色泥岩，部分为细粉砂岩，都含有植物碎片化石。

72煤层顶板通常为富含植物叶茎化石的黑灰色泥岩，水平层理发育，少部分为粉砂岩；该煤层底板一般为灰黑色泥岩，有时含黄矿结核，部分为细粉砂岩，都含有植物根、茎碎片化石。

102煤层被岩浆岩侵蚀，顶板通常为灰色泥岩，少部分为粉砂岩或者辉绿岩，泥岩和粉砂岩中含有植物化石，水平层理发育；煤层底板一般为灰色细砂岩、泥岩，也含有植物根、茎碎片化石。

3 设计钻孔非取芯段注意事项

在勘探阶段为了加速钻探进度，在了解地层层序和煤层赋在状态条件下，只要能保证钻孔中覆盖层与基岩接触带、重要标志层、煤层、断层等这些重要信息不被打丢，在部分勘查程度较高地段设计钻孔可以不进行全孔取芯，在重要信息层位之间可以直接不取芯钻进，节省钻进时间。但不取芯段的位置选取十分重要，稍有不慎，会打丢地质信息，成为报废孔。下面根据笔者多年来的勘查经验，分析总结一些不取芯段设计注意事项以供参考。

3.1 熟悉矿区地层层序

对矿区地层分布情况由上到下要十分熟悉，不仅要熟悉地层层序，还要对每层的岩性了如指掌。需要从普查到详查阶段一直参与钻孔编录，要做到看到从钻孔中取上来的几米岩芯，就能大致判断它所处的地层中的相应位置，断定钻进到哪个地层位置，距离标志层或者煤层还有多少距离，对非取芯钻进起到指导作用。

3.2 了解可采煤层及局部可采煤层的赋存状态

本区有哪些可采煤层和不可采煤层，赋存在哪个地层的哪个部位，要做到心中有数。如砀山煤田勘查区的7 煤组是主要可采煤层，赋存于下石盒子组黑色泥岩中，下距K2标志层28～44 m，一般35 m 左右，上距K3标志层130～180 m，一般155 m左右。10 煤组是局部可采煤层，赋存于山西组灰色泥砂岩中，下距K1标志层45 m 左右，上距K2标志层61～82 m。所以见到K3标志层时，就知道大约再钻进150 m 左右就能见7 煤组，见到K2标志层时，再钻进70 m 左右就能见到10 煤组。若钻进到K2标志层时一直没有见到煤，说明7 煤层被打丢了；同理，钻进到K1标志层时，其上部80 m内没有见到煤，说明10 煤被打丢了。

3.3 熟悉煤层顶底板岩性特征

煤层顶底板岩性特征是识别煤层的重要标志，也是做好水、工、环工作的重要取芯段，所以一定不能打丢。煤层顶底板各20 m 范围内要全取芯，20 m 开外可以作为非取芯段。砀山煤田勘查区7煤层之上通常为富含植物叶茎化石的黑灰色泥岩，如果在非取芯钻进时发现钻探泥浆返水上来变黑，根据前后孔资料对比情况，若判断为7 煤顶黑灰色泥岩，立即变为取芯钻进，以免把7 煤顶板打丢。10 煤层被岩浆岩侵蚀，顶板通常为灰色泥岩，少部分为粉砂岩或者辉绿岩、泥岩和粉砂岩中含有植物化石，水平层理发育。若钻进到K2标志层以下50 m 时就取芯查看，发现上述10 煤顶板岩性时，立即由非取芯钻进改为取芯钻进。

3.4 了解矿区覆盖层深度及各标志层大致深度

覆盖层与基岩接触带部位及各标志层是判定地层和煤层的重要依据，这些部位及上下岩石必须全部取出，供地质人员综合研究之用。所以，设计钻孔时，一定要对比前后左右钻孔资料，大致判断这部位的相应深度，并在此上下留足够空间取芯，确保覆盖层与基岩接触带部位及各标志层不被打丢。

3.5 多参考相邻钻孔信息

一定要参考设计钻孔所在勘探线上前后2 个钻孔中的信息，并将左右勘探线上相邻钻孔信息作为辅助参考。

设计钻孔时，覆盖层深度、各标志层深度、各煤层深度、地质界线等信息主要是从设计钻孔所在勘探线前后2 个钻孔相应信息综合平均而来，再从相邻勘探线上最近钻孔信息加以佐证，最后确定整个设计钻孔的全部内容。所以设计钻孔的前后左右钻孔信息是设计钻孔的最基本信息来源。

3.6 钻孔中非取芯段过程

通过上述注意事项，设计钻孔所有内容基本确定，对钻孔设计基本定型。在达到勘探阶段孔距要求的部分地段设计孔中可以采取非取芯直接钻进，加速钻进速度，且不影响勘探效果。

以砀山煤田勘查区第6 勘探线中H64 设计钻孔为例，具体分析非取芯段的设计过程。

根据勘探线上钻孔H65 和钻孔勘811 信息，结合地震资料，再参考第7 线和第5 线相邻钻孔信息，大致可以确定设计的设计钻孔H64 主要深度中的标志层、各煤层等深度位置。于是，由H65孔，把标志层K3、71、72煤层、标志K2、102煤层、标志层K1等信息通过设计钻孔H64 向勘811钻孔中相应位置顺势相连。这样，设计钻孔H64 中重要标志层和煤层等信息一目了然，如图1 所示。

图1 砀山煤田6 线剖面图Fig.1 Profile of line 6 in Dangshan coalfield

通过上述操作，确定了设计钻孔中各标志层及煤层深度，这样就可以对该孔的取芯段和非取芯段进行划分。就H64 设计孔而言：

（1）开孔到362.30 m 为非取芯段，即覆盖层372.3 m 向上推10 m。

（2）362.30～392.3 m 为取芯段，即覆盖层372.3 m 向上推10 m，K3标志向下延伸20 m，以保存覆盖上下信息及K3标志层信息。

（3）392.3～452.6 m 为非取芯段，即71煤层（472.6 m）向上推20 m，保证71煤层不被打丢，并保留煤层顶板信息。该非取芯段操作时，每钻进40 m 左右就要取5 m 长岩芯上来检查，看看与设计层位岩性是否一致。

（4）452.6～520 m 为取芯段，主要是确保71、72煤层及标志K2不被打丢，且保证它们顶底板信息不缺失。

（5）520～570 m 为非取芯段，即102煤层上推15 m 左右。

（6）570～601.30 m 为取芯段，即保证102煤层及顶底板都被取出。

（7）601.30～620 m 为非取芯段。

（8）620～640 m 为取芯段，保证K1被安全取出，并能见到太原组灰岩。

（9）非取芯段过长时，钻进到20 m 就要取出5 m 岩芯上来，根据岩性，判断它属于哪个层位，距离标志层或者煤还有多深，从而决定下一个非取芯段的长度。

具体非取芯情况如图2 所示。

图2 H64 设计钻孔非取芯段示意Fig.2 Non-coring section of H64 design drilling hole

4 结论

在砀山煤田勘探阶段的勘查程度较高地段设计钻孔时，部分钻孔没必要全取芯，可设计成部分非取芯段钻孔。设计非取芯段主要考虑以下因素。

（1）对勘探区情况要充分了解，如对矿区地层层序要十分熟悉；对本区的各煤层赋存状态要十分清楚；熟悉煤层顶底板岩性特征；对矿区覆盖层深度及各标志层大致深度十分清楚。

（2）必须参考设计钻孔所在勘探线上前后2个钻孔中的信息，并将左右勘探线上相邻钻孔信息作为辅助参考。

（3）非取芯段过长时，钻进到20 m 就要取出5 m 岩芯上来判断岩性层位。