祁南煤矿厚新地层、千米井筒检查孔施工技术

张登伟，束学照

（1.淮北祁南煤矿安全改建工程项目部，安徽淮北 235000， 2.淮北矿业集团勘探工程公司，安徽 淮北 235000）

祁南煤矿厚新地层、千米井筒检查孔施工技术

张登伟1，束学照2

（1.淮北祁南煤矿安全改建工程项目部，安徽淮北 235000， 2.淮北矿业集团勘探工程公司，安徽 淮北 235000）

祁南煤矿安全改建工程中的三个井检孔所处新地层松散层厚度较大，且所含粘土层所占比例较高，特别是三隔粘土层平均厚110 m，岩性为弱固结状的含钙质粘土、砂质粘土，在利用井筒冻结技术施工过程中，由于其技术难度较大，故在井筒设计和施工安全上应高度重视，最终满足“一矿二井”的安全生产管理模式。

井筒检查孔； 施工技术； 研究

1 概况

祁南煤矿位于安徽省宿州市南约17 km，行政区划为宿州市埇桥区祁县镇、桃园镇，井田面积为112.31 km2，井田内有淮河主要支流浍河从井田中部穿过，属季节性河流。本井田地处淮北平原中部，地势平坦，地面标高一般在＋17.2～＋22.2 m，属季风温暖半湿润气候，四季分明，冬冷夏热。

根据祁南煤矿地质及水文地质情况，按照合肥设计研究院编制的《井筒检查孔施工技术要求》。该工程由淮北矿业集团公司勘探工程公司承担施工并提交资料。风、副、主井检查孔于2010年开工，经过4个多月的野外艰苦施工，于2011年顺利完成全部施工任务，共完成钻探工程量3 905.31 m，其中主检孔1 151.36 m，副检孔1 377.24 m，风检孔1 376.71 m，如图1所示。

2 井检孔主要技术指标及要求

根据《祁南煤矿安全改建项目井筒检查孔施工技术要求》其主要技术指标如下。

各井检孔自垂深10 m下全孔取芯，采取率表土层和基岩不少于75%，沙层、破碎带及软层不少于60%，煤层（可采煤层）力争达到95%，并取煤层样和瓦斯样，岩芯经地质技术人员描述鉴定后按顺序贴好每回次标签依次摆放，保管完整。

图1 检查孔与井筒位置关系平面图

砂层及粘土层从厚度大于2 m的砂层中，每孔取8组（一、二、三含6组，四含2组）样进行测试，其内容颗粒成分、湿度、容重、密度、孔隙度、渗透系数及摩擦角。

当岩层成分变化大厚度大于5 m是增加取样数量，对主要可采煤层顶底板严格取样，特别在－970 m处、－1 200 m处和－900～－990 m，基岩面后50 m需加密取样，测试内容：抗剪强度、弹性模量、泊松比、容重、凝聚力系数抗压强度。

井检孔穿过1、2、32、61、62、63、71、72、8等主要（可采）煤层，要求取样煤层的工业指标，瓦斯含量，放散初速度ΔP，a、b常数和坚固系数，可燃性、爆炸性指标及物理力学性质。

认真做好简易水文观测工作和抽注水试验工作，同时做好松散层新地层及基岩混合抽水试验各一次（流量流速测井），确定各含水层参数，预计各井筒涌水量。

3 井检孔钻探施工程序

3.1 钻进工艺的确定

根据地质设计要求，确定以合金取芯钻进、金刚石钻进为主要钻进工艺；取煤器钻进煤层及其顶、底板；以泥浆（套管）进行护壁；以优质低固相泥浆作为冲洗液，根据地层情况和工艺需求，合理优选类型和配方，使其性能指标满足施工要求，并保持性能稳定。

3.2 工艺流程

测放钻孔→场地平整→设备（底盘及钻塔、钻机）安装→开孔准备→Φ91取芯钻进至基岩面→测井→Φ190扩孔基岩面下套管（洗井、抽水试验、流量测井）→Φ91取芯钻进至终孔层位→测井→（洗井、抽水试验、流量测井）→封孔。

4 钻探施工工艺与施工参数

4.1 钻探施工工艺

钻进方法。覆盖层、岩层采用硬质合金、PDC钻头钻进；到达煤层顶板接近煤层时，换用取煤器取芯钻进。

钻具的选择。岩层取芯选择取芯钻具；煤层取芯选择SXMD—2型取煤器。

钻头的选择。取芯选用Φ91 mm取芯钻头，煤层及其顶底板选用Φ91 mm单动双管取煤器阶梯式侧底喷钻头；扩孔选用Φ190 mm扩孔钻头。

冲洗液与护壁堵漏。根据本矿区煤田钻进的特点，冲洗液应选用优质低固相、无固相泥浆，原材料选用优质膨润土，并根据地层情况合理加入相应的泥浆处理剂进行调整。常用的泥浆处理剂有：PHP、CMC、Na2CO3、PM植物胶、KP共聚物、腐植酸钾（KHM）。可有效地排除孔内岩粉，提高冲洗介质的悬浮能力。

钻孔采用泥浆及化学处理剂结合套管进行护壁。钻进中如遇小的漏失，可根据实际情况调整冲洗液配方或填加化学处理剂进行防漏；如漏失较大，则用堵漏材料或水泥浆液进行堵漏。

4.2 钻进参数

开孔钻进覆盖层，钻速快，钻粉多，易糊钻；自然造浆率高，泥浆粘度大，钻头所受阻力大。钻进时应保持轻压、中速、大泵量，钻进规程应控制在压力200～400 kg，转速75～300 r/min，冲洗液量180～250 L/min。

取芯钻进，钻头为复合片式，钻杆内外管间隙、钻头与卡簧座间隙较小，钻进时容易造成堵塞，且钻速快、岩粉多，易埋钻。钻进时应保持中压、中速、较大泵量，钻进压力应控制在800～1 000 kg，转速150～300 r/min，冲洗液量150～250 L/min。

取煤器钻进，钻头底唇面大，环状间隙小，钻头水眼小；进入煤层后，水流对煤芯有较强的冲刷作用，易造成煤芯丢失。钻进时应保持较大压力、中速、小泵量，快速钻进，钻进压力应控制在800～1 000 kg，转速150～300 r/min，冲洗液量120～150 L/min。

5 获得的地质资料及成果

5.1 地层情况

井检孔揭露地层自上而下有：第四纪、第三系、上、下石盒子组和山西组（部分）见表1。

表1 地层情况统计表

由此表可知，新地层（Q＋N）深度为336.85～340.25 m，其中含有四个含水层和三个隔水层。二叠系地层本次3个井检孔揭露厚度平均为1 006.3 m，岩性主要由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。本区风氧化带厚度受岩性裂隙发育程度及“四含”影响，岩石多呈褐黄色、灰褐色，杂色等，松软岩石多为碎块状，各孔风氧化带厚度见表2。

5.2 构造分析

三个井检孔见破碎带各一个厚度分别为2.6 m和6.2 m，岩性混杂松软滑面摩擦痕迹明显，另根据测井资料见有两处11.6 m个22.5 m的破碎带，经与岩芯比较，可推断两条3～5 m断层。

5.3 井筒水文地质成果

三个井检孔确定了井筒穿过新生界和松散地层，属含隐蔽矿床见表3。

表2 各检查孔风氧化带深度一览表

表3 含、隔水层（组、段）划分情况表

基岩段含水层（二叠系）主要划分两大段，其一为K3砂岩含层段（32煤底板下约40 m处）和6～8煤段砂岩含水层段。

根据地下水动力学原理，预计井筒涌水量，因井筒表土段采用冻结法和钻井法施工，故只能预计基岩段含水层的井筒涌水量，按大井法稳定流承压－无压完整井裘布依水量计算公式计算，其结果见表4。

表4 各井筒涌水量及参数选择表

5.4 开采地质条件分析

由于井检孔较深，实测最深点1 370 m，井温为44.78℃属二级热害区，为井筒施工和矿井开拓治理热害提供了依据。

瓦斯含量及压力，本次采集了1、2、32、61、7等5个煤层的瓦斯样进行了分析，经测试CH4含量一般在3.65～10.05 m3/t，应属高瓦斯矿井，压力测试见表5。

表5 主、副、风检孔压力测试成果统计表

6 结论

祁南煤矿新地层松散层厚度较大，且含粘土层所占比例较高，特别是三隔粘土层平均厚110 m，岩性为弱固结状的含钙质粘土、砂质粘土，在利用井筒冻结施工，建议在井筒设计和施工中高度重视。

本次钻孔内所测主采煤层瓦斯压力及参数仅供参考，建议应重视井筒掲煤和瓦斯治理工作。

由于井筒暂没有施工，钻孔所揭露的地质资料和参数有待进一步的证实和查明。

［1］ 耿建国.煤矿井筒检查孔施工技术［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2005，（3）：50－51.

［2］ 马力.麦垛山煤矿副立井井筒检查孔施工技术及涌水量预算［J］.中国煤炭地质，2009，（11）：50－52.

［3］ 胥刚.山东陈蛮庄煤矿井筒检查孔施工工艺技术［J］.大众科技，2009，（1）：119.

［4］ 吕冰.ZYW－1200煤矿用全液压钻机动力头的设计［J］.矿业安全与环保，2010，（4）：51－52.

［5］ 刘三意.多工艺旋挖钻进技术研究［D］.北京：中国地质大学，2008.

［6］ 李宁，李长忠，张艳.马营堡煤矿井筒检查孔土样冻胀试验及结果分析［J］.煤炭工程，2010，（7）：38－39.

Research on Key Technology in Construction of Thick New Formation and Thousand Shaft Examination Hole in Qinan Mine

ZHANG Deng－wei1，SHU Xue－zhao2
（1.The Safety Reconstruction Project Department of Qinan Mine in Huaibei，Huaibei Anhui235000；2.The Exploration Project Company of Huaibei Mining Industry Group，Huaibei Anhui235000）

The new stratigraphic in the three well inspection holes of safety reconstruct project in Qinan mine，which the thickness of losses bed is lager and contains a higher proportion of clay layer，especially the average thickness of the three aquifuge clay layer is 110 meter which the lithology is weak consolidated calcium－containing clay and sandy clay.In the process of using shaft freezing technology，because of this technology is more difficult，we need to pay great attention to the shaft design and construction shafty，to meet the safety production management mode of“one mine with two wells”finally.

monitoring shaft hole；construction technology；study

TD262

B

1671－4733（2011）05－0009－04

10.3969/j.issn.1671－4733.2011.05.004

2011－08－30

张登伟（1961－），男，安徽砀山人，高级工程师，从事矿井地质与建井技术工作，电话：13855707926。