華能伊敏煤礦疏干井施工中常見問題及處理措施

林寒松，盛 春

(1.東北煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，遼寧 沈陽110101;2.東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)，遼寧 遼陽111000)

伊敏礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克旗伊敏鎮(zhèn)境內(nèi)。地理坐標(biāo):東經(jīng):119°39'02″～ 119°45'52″;北緯:48°32'19″～48°38'43″。煤田露天區(qū)呈一半封閉型的盆地，東西兩側(cè)均為低山、丘陵，南部為臺(tái)地，地勢總趨向呈NNE—SSW展布;屬伊敏向斜的東翼，因NNE向斷裂構(gòu)造的作用和分割，使整個(gè)露天區(qū)的煤系地層呈南高北低的階梯式斷塊構(gòu)造，地層走向與煤田總體走向基本一致，呈45°～70°NE，局部為東西向，傾向NW，傾角一般為6°～10°。

1 煤系地層及礦區(qū)內(nèi)主要含水層

該區(qū)的含煤地層為侏羅系上統(tǒng)的伊敏組和大磨拐河組，伊敏煤田露天區(qū)主采煤層為伊敏組的15、16號(hào)煤層，煤層傾角平緩，一般在3°～10°之間。煤系地層中，巖石以砂巖、粉砂巖和泥巖為主。由于地層的成巖程度低，煤層的裂隙發(fā)育，因而其水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，是國內(nèi)著名的大水礦床之一［1－2］。

礦區(qū)內(nèi)含水層主要有第四系砂礫孔隙含水層、煤層含水層及15、16號(hào)煤層裂隙含水層(其中16煤層裂隙含水層為疏干目的層)。

第四系砂礫孔隙含水層:該層主要由細(xì)砂、礫石和卵石等組成，廣泛分布于露天區(qū)內(nèi)，由南向北，由西向東逐漸變厚，厚度10～20 m左右，為潛水含水層，在本區(qū)該地層基本被疏干。

15號(hào)煤層裂隙含水層:該層是一露天的主要可采煤層之一，全區(qū)大部可采，可采面積 1.987 km2。煤層總厚2.0～36.04 m，平均8.73 m。煤層裂隙發(fā)育，在鉆進(jìn)該地層時(shí)，泥漿消耗量大，其水文地質(zhì)參數(shù):q=1.354 ～3.088 l/s·m，k=35.516 ～235.585 m/d。

16號(hào)煤層裂隙含水層:該層是本區(qū)最主要含水層，全區(qū)發(fā)育，煤層總厚 0.6 ～54.35 m，平均 31.93 m;煤層可采厚度2.02 ～51.70 m，平均 31.97 m。煤層中裂隙十分發(fā)育，在鉆進(jìn)該地層時(shí)，泥漿消耗量大，甚至100%漏失。

2 施工區(qū)主要層位的巖性及可鉆性

疏干井在鉆進(jìn)中遇到主要地層巖性如下:

第四系:表土、粘土、細(xì)砂、礫石、卵石;

15煤頂板:泥巖、粉砂巖;

15煤;

16煤頂板:泥巖、粉砂巖;

16煤;

16煤底板:細(xì)砂巖。

巖石可鉆性是決定鉆進(jìn)效率的基本因素，它反映了鉆進(jìn)時(shí)巖石破碎的難易程度。伊敏河地區(qū)地層同嶺西地區(qū)的地層相同，第四系松散的砂礫為Ⅲ類地層，煤層和上部泥巖、砂巖、礫巖等為基巖Ⅱ類地層，均為易鉆地層。

3 常見問題及處理措施

疏干井直徑660 mm，鉆孔內(nèi)安裝Φ426×10 mm井壁管、鋼制纏絲過濾器和10 m沉砂管，過濾器的總長度按含水層厚度的70%計(jì);穿過16煤層底板10 m即為終孔深度。施工過程中常見的問題是第四系地層塌孔、煤系地層泥漿嚴(yán)重漏失。

3.1 第四系地層塌孔

第四系地層較軟且松散，鉆進(jìn)過程中常見鉆孔超徑和孔壁坍塌現(xiàn)象，嚴(yán)重超徑造成鉆桿折斷;孔壁坍塌造成埋鉆，使得鉆具無法上提，導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。必須移孔重新施工，嚴(yán)重影響工期并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失［3］。

處理措施:我隊(duì)剛開始在本地區(qū)施工時(shí)，由于對(duì)地層不夠了解，為了避免上述問題，采用下表層套管的方式進(jìn)行處理。開孔直徑為800 mm，采用規(guī)格為Φ720×10 mm的螺旋縫焊接鋼管作為表層套管，套管下至30 m左右，穿過第四系地層。此方法能解決上述問題，但也存在比較明顯的缺點(diǎn)，兩次成孔，使得施工隊(duì)伍要多準(zhǔn)備一套鉆頭，表層套管的使用不僅增加了投入，而且延長工期。

經(jīng)過長期的實(shí)踐，我隊(duì)總結(jié)出適合本地區(qū)第四系地層的泥漿類型。以膨潤土泥漿為基礎(chǔ)，以燒堿、羧甲基纖維素、水解聚丙烯腈銨鹽等作為處理劑，能取到很好的效果。

膨潤土:增加粘度和切力，提高井眼凈化能力，形成低滲透率的致密泥餅，降低濾失量;對(duì)于膠結(jié)不良的地層，可改善井眼的穩(wěn)定性。

燒堿:即NaOH，主要用于調(diào)節(jié)鉆井液的pH值，另外還有分散作用、沉淀作用和促進(jìn)植物膠溶解的作用。

羧甲基纖維素(簡稱CMC)，具有降濾失水增加粘作用，抗鹽能力強(qiáng)。水解聚丙烯腈銨鹽(HN4－HPAN):具有抑制能力強(qiáng)、防塌效果好的特點(diǎn)。

控制泥漿pH值在8.5左右，馬氏漏斗粘度35～45 s，密度 1.06～1.10g/cm。

3.2 煤系地層泥漿漏失

15、16煤為本區(qū)主采煤層，均為含水層，煤層裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)過程中泥漿嚴(yán)重漏失。由于疏干目的層為16煤，因此針對(duì)這兩層煤層，處理泥漿漏失的方法不同，下面將分別敘述。

15煤泥漿漏失的處理措施:在以膨潤土泥漿的基礎(chǔ)上，加大量鋸末做為堵漏劑。鋸末本身呈酸性，將燒堿和鋸末混合24 h后，鋸末能更好的分散在泥漿中，而且此時(shí)鋸末具有一定的彈性，能有效的增強(qiáng)堵漏效果。泥漿處理完畢后，開泵循環(huán)泥漿直到泥漿能正常上返至地表。此時(shí)鉆進(jìn)速度不能過快，并停止使用振動(dòng)篩，使泥漿能夠充分進(jìn)入裂隙，保證堵漏效果。

16煤泥漿漏失的處理措施:相比15煤，16煤泥漿漏失更加嚴(yán)重，剛進(jìn)入本地區(qū)時(shí)，采用跟15煤一樣的方法進(jìn)行堵漏，堵漏難度明顯增大，耗時(shí)耗資巨大，雖然最終能保證順利完孔，但嚴(yán)重影響洗井質(zhì)量，導(dǎo)致抽水水量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過長期實(shí)踐，我隊(duì)提出采用清水頂漏鉆進(jìn)工藝，取得較好的效果。需要注意的是，由于孔徑較大，16煤層較厚，清水頂漏鉆進(jìn)一段時(shí)間后井底會(huì)堆積大量巖粉，導(dǎo)致重復(fù)鉆進(jìn)，累計(jì)到一定程度后會(huì)出現(xiàn)無法添加鉆具的情況。這時(shí)用泥漿替換清水，下至井底，利用泥漿的懸浮能力，將巖粉清理干凈。此時(shí)泥漿主要的作用是攜帶巖粉，需要較大的粘度(馬氏漏斗粘度60 s左右)，其主要添加劑為膨潤土和燒堿。利用清水頂漏鉆進(jìn)，孔壁幾乎得不到保護(hù)，為了避免可能出現(xiàn)的孔壁大量坍塌，因盡量加快鉆進(jìn)速度，并在成孔后第一時(shí)間下套管。

4 結(jié)語

疏干井成孔質(zhì)量和抽水水量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，極大影響露天礦的安全開采。針對(duì)本地區(qū)施工中的常見問題，上述幾條處理措施，簡便易行，無需特殊的設(shè)備和材料，投資少且能及時(shí)有效地解決問題，大大提高成孔效率并保證抽水質(zhì)量。為今后疏干井的施工提供一定依據(jù)，保證露天礦的安全開采。

［1］劉文國等.伊敏煤田露天區(qū)第三系礫巖沖刷帶特征.露天采煤技術(shù).2001，(4):60—63.

［2］王曉儒.伊敏露天礦區(qū)水文地質(zhì)及疏干.露天采煤技術(shù).1998，增刊:12—14.

［3］彭步濤.易坍塌地層繩索取心鉆進(jìn)泥漿.煤田地質(zhì)與勘探.1990.02:66—67.