封孔法在煤田地質鉆探中的應用探析

許和奇

摘要：煤田勘探工程中孔封閉作為鉆孔施工的最后環(huán)節(jié)，其施工質量關系著未來整個礦井能否安全生產(chǎn)，因此封閉質量至關重要。文章筆者結合自身工作經(jīng)驗，簡述鉆探施工中鉆孔封閉施工的各項要點， 僅供參考。

關鍵詞：煤田鉆探；封孔

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

一、封孔的目的

未經(jīng)鉆探施工的巖、煤層，即不會與大氣接觸，也不會使它們之間互相連通。在煤田勘探中經(jīng)過鉆探施工之后，情況就發(fā)生了根本變化。每個鉆孔所穿過的不同巖層、煤層就會互相串通起來形成一根根注水管道，如不及時進行封閉，將來礦井開采時，地下水和地面水就會通過鉆孔注入井下、造成淹沒礦井的嚴重事故。封孔的主要目的，就是采用砂漿封閉鉆孔，從而起到止水的目的。因此，對勘探區(qū)施工鉆孔都必須認真地進行封閉。鉆孔封閉質量的好壞，直接關系著今后礦井的安全生產(chǎn)。

二、封孔的要求

根據(jù)本煤田地質地層情況，煤田地質隊的經(jīng)驗和對正在開發(fā)的礦井進行考察，由地質技術人員提出以下封孔要求；封閉孔段：自孔底向上封第一煤層以上的30~50m；封閉方式：多為基巖孔段全封閉。當煤田之間﹥80m 或復蓋層底部分距第一層煤﹥100m 者，可以段封閉各煤組和復蓋層底部。分段封閉時要求穩(wěn)妥可靠；封孔村料：325 ＃以上的不變質，不失效的硅酸鹽水泥。水泥和細砂比例為1：1；孔口封閉2 米，并埋設標志樁。

三、封孔材料及其用量計算

（1）鉆孔竣工電測后由地質技術人員下達封孔設計書，技術人員按設計要求確定封孔方法，計算封孔材料數(shù)；供應部門按要求向機場派送質量合格，數(shù)量足夠的封孔料，機臺按設計

及操作要求進行封孔。

（2）封孔材料用量的計算。采用的砂漿配比是水泥：砂：水=1：1：o.7；根據(jù)鉆孔孔徑和設計封閉長度計算出封孔需要量，并追加5％的耗損量。

①封閉段距實際需要的砂漿重量：QI=0.785D2KLV（kg）

D——標準孔徑，mm；

K——超徑系數(shù)取1.2—1.3；

L——封閉段距長度，m；

V——砂漿相對密度取1.94.

②所需水泥的重量： 式中N1、

N2、N3——水泥、砂子、水比例系數(shù)。

③所需細砂子的重量：

④所需水的重量：

（3）對設備和鉆具進行一次認真檢查；確保泥漿泵工作，管線和鉆具暢通，接頭處密封良好。

（4）設計分段封閉的鉆孔，要事先在預定孔段用草把或絲架橋，同時投入一定量的碎石、黃泥填實，使架橋穩(wěn)妥可靠液漿不致流失。

（5）勞動組織。參加封孔人員，在機長或工程技術人員統(tǒng)一指揮下，要事先明確分工，以便在封孔時各負其責，有條有序。

四、封孔工藝過程

（1）在準備工作完畢后，即行下鉆進行封孔，如果下鉆遇阻，則應采取有效措施（如掃孔、調整泥漿性能、沖洗等），使孔內(nèi)暢通無阻。下鉆時一定要去掉粗徑鉆具和鉆鋌、只下鉆桿。這樣的好處是可以減少出現(xiàn)事故的機率，減少灌注時水泥槳的流動阻力，上鉆時抽吸作用較小。

鉆具一定要下到封閉孔段，距離底部不得超過0.5 米的地方。禁止中途灌不能依靠其比重大而下行，導致下部分孔段不能封閉。經(jīng)過透孔檢查，實際也正是如此。如有一鉆孔，終孔孔深為428.43 米。實際封閉到411.57 米。其下為放空孔段。分析其原因。就是由于封閉孔鉆具沒有下到孔底所致。

（2）封孔鉆具下完后，用粘度為18 秒的稀泥漿進行替漿洗孔，洗孔是應兼顧復蓋孔段的護孔問題。

（3）配制水泥砂漿：

水泥砂漿配比：水泥：細砂：清水=1：1：0.6 此配比經(jīng)過地表試驗，可泵性符合要求，凝固良好。砂漿比重1.95-2.05；現(xiàn)場配漿要求嚴格控制水灰比。如在某孔封閉時就是按照此配制水泥的。候凝20 天后下鉆透孔檢查。取出水泥芯凝固良好。強度相當于4-5 級巖石。水泥芯中，砂粒分布均勻。分選不明顯。而在另一鉆孔，由于機臺計算錯誤，沒有嚴格控制水灰比（水灰達0.7-0.75）該孔砂料候凝后，分選較為明顯。

配漿方法：先計算好的配漿清水注入加入器內(nèi)（嚴禁隨意添加配漿水），然后逐包地加入水泥，并攪拌均勻。最后邊攪拌邊徐徐加入細砂，使其均勻。攪拌方法可用人攪拌或用噴槍進行攪拌。強調一次配漿完畢，以便作到一次灌完。避免多次配漿，多次灌注。某孔就是一次性配漿灌完畢，該孔徑經(jīng)候凝20 天后進行全孔透檢，從透檢物取出的水泥芯來看，在115 米的封閉孔段中，上下凝固良好，無間斷放空現(xiàn)象。而在另一鉆孔，由于兩次的配漿，兩次灌注，封閉的孔段中途出現(xiàn)凝固間斷的16 米。另一鉆孔也是由于于多次配漿，多點灌注從而造成外凝固間斷。

壓水替漿：灌注完畢后，不得提動鉆具，應立即將蓮蓬頭放入替水箱（池）中，開泵替漿，同時開慢車轉動鉆具，特別強調定量替漿，禁止估時替漿。這道程序是灌注成敗的關鍵環(huán)節(jié)。替漿少量，會導致大量水泥列留在鉆桿中控內(nèi)，替漿量多，又會把水泥砂推出設計封閉孔段，甚至排出孔外。如某孔設計封閉133 米，封閉時用水泥1500 公斤，但經(jīng)過透孔檢查，發(fā)現(xiàn)實際封閉孔段僅7 米。分析其原因：我們認為該孔在封孔過程中：一是鉆桿沒下到孔底（見前述）二是灌完漿并中途提起鉆具20 余米（兩立根）；三是最后一次灌注完畢，沒有定量替漿。而是把替漿和清洗鉆具合并一次進行。清洗時間過長，從而水泥砂漿導致失敗。

清洗鉆具：替漿完畢即可用低速度升鉆鉆具，這樣可減弱抽吸作用，待鉆具提出設計封閉段30 米后，方可開泵清洗鉆具。

五、封孔施工組織措施

（1）編制封孔設計書。鉆孔經(jīng)測井后，地質技術人員按照鉆探與測井確定的煤層厚度，對各可采煤層、斷層破碎帶等地質設計要求的封閉層段提出所要封閉地層厚度，編制封孔設

計書。

（2）材料規(guī)格和操作措施。由鉆探技術人員根據(jù)測井提供的鉆孔孔徑資料，進行封孔所需材料數(shù)量計算，并提出具體材料規(guī)格要求和操作措施，然后經(jīng)項目技術負責審核交鉆機機長執(zhí)行。

（3）加強監(jiān)督指導，做好封孔記錄。對有特殊封孔層段要求的鉆孔，鉆探技術人員到現(xiàn)場進行監(jiān)督和技術指導，由鉆機機長統(tǒng)一指揮，記錄員認真記錄封孔全過程的每道工序、沖孔

情況、封閉煤層編號、起止深度、送水泥砂漿下入鉆具深度、架橋方法、實際用料情況和檢查撈樣等。

（4）對封孔評價。封孔結束后要進行封閉質量評價，并由機長、班長審查簽字，保證封孔質量達到設計要求。

六、注意事項

（1）封孔下鉆前，要對泥漿泵進行全面檢查：運轉是否正常；管路、鉆桿是否暢通；各種接頭密封是否良好；有無漏水現(xiàn)象。在現(xiàn)場空地挖2 個足夠大坑或鐵水箱，以儲備打好的水泥砂漿和頂替水。

（2）鉆孔封閉盡可能在白天進行，機長在現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，人員分工明確，各負其責，有序不亂。

（3）下入孔內(nèi)的鉆具必須經(jīng)過丈量，并詳細記錄。鉆具一定要下入所封閉段，距離孔底不得超過1.Om，最好為0.6m。開泵沖洗鉆孔，直至孔口返上合格沖洗液即可封孔。

（4）在配制砂漿時，要嚴格按封孔設計進行，在計算好的水中，逐次加入水泥攪拌均勻，再加沙，并攪拌均勻。

（5）采用鉆桿泵入法注入水泥砂漿，注入過程中，鉆機、水龍頭、泥漿泵等必須由專人負責看管?？蛇吂嗳脒吘徛釀鱼@具，但不能提離水泥砂漿面，連續(xù)進行封孔，至達到封閉位

置。

（6）撈取灰漿樣，必須在設計封閉界面下5.Om 取上灰漿樣，經(jīng)技術人員檢查合格，封孔結束。

（7）設計有分段封孔時，按設計要求，把架橋草把下入設計位置，同時能托住鉆具，保證所下草把穩(wěn)妥可靠，準確記錄下草把位置。

七、結束語

綜上所述，為了確保封孔質量，有必要成立封孔技術指導小組，指導、監(jiān)督鉆機按封孔設計進行封孔工作，解決封孔工作中的疑難同題。總結封孔經(jīng)驗，改進封孔工藝，提高封孔質量。