煤田地質(zhì)勘察過程中煤芯的采取

李俊

摘 要：煤芯采取率的高低是提高煤田地質(zhì)勘探工程質(zhì)量，是地質(zhì)研究和地質(zhì)報(bào)告編制建立在可靠的基礎(chǔ)上的關(guān)鍵。近年來我隊(duì)在煤田地質(zhì)勘察過程中，根據(jù)施井田所遇到的不同地層，采取有效措施解決了煤田地質(zhì)鉆探過程中煤芯采取難的問題，為圓滿提交合格的地質(zhì)報(bào)告打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤系地層；煤芯采取；防煤；打煤；取煤器

中圖分類號：P642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 煤層及含煤巖系特點(diǎn)

煤層是植物遺體經(jīng)復(fù)雜的生物化學(xué)作用、地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成的層狀固體可燃礦產(chǎn)。它賦存于含煤巖系之中，位于頂?shù)装鍘r石之間。

2 采煤的技術(shù)難點(diǎn)

2.1 煤系地層為水敏性地層。由于含煤地層主要由砂巖、粉砂巖、灰質(zhì)泥巖和煤組成，在鉆進(jìn)過程中這些地層吸水性強(qiáng)，遇水極易膨脹縮徑和垮塌。如重慶地區(qū)、貴州、云南等地的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）含煤地層均屬上述水敏性地層，部分井田煤系地層假厚超過300m。

2.2 煤層硬度。煤層硬度不大，莫氏硬度在1～3級之間，鉆進(jìn)過程中不使用專門的取芯器就無法保證煤芯采取率。

2.3 鉆孔上部漏失。近5年來我們施工的746個鉆孔超過800m以深的鉆孔占總數(shù)量的75%以上，最深鉆孔1742m。這些鉆孔表現(xiàn)為上部地層巖溶裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)過程中沖洗液漏失嚴(yán)重甚至全漏失。特別是重慶巫山地區(qū)、石柱地區(qū)、彭水地區(qū)最為明顯。部分鉆孔穿過的裂隙中伴有大量流砂，也給施工造成了困難。

3 采取的技術(shù)措施

3.1 上部漏失層的處理。煤系地層要使用泥漿護(hù)壁的鉆孔，在進(jìn)入煤系地層后必須保證沖洗液不漏失或漏失量小。在施工過程中我隊(duì)采取了投入黃泥球或惰性材料堵漏，水泥封堵及下入套管等方法解決漏失問題。

3.2 沖洗液的選擇及配制、性能調(diào)整。鉆孔沖洗液選擇的合理與否，將直接影響到鉆進(jìn)效率和孔內(nèi)安全，也直接影響到煤層采取。有針對性地選擇適合所鉆煤系地層沖洗液是保證鉆孔順利施工和采取煤層的最基本保障。我們在施工過程中，根據(jù)不同地區(qū)、不同井田煤系地層的特點(diǎn)和使用的鉆進(jìn)工藝不同，采取了如下措施：①使用繩索取芯鉆進(jìn)工藝的鉆孔，采用低固相泥漿。泥漿性能指標(biāo)控制在比重：1.01～1.05；粘度：25s左右；失水量：8mL/30min～12mL/30min；pH值8～9。遇水敏性強(qiáng)的地層可加入腐植酸鉀抑制泥巖等水敏性地層水化。使用普通工法鉆進(jìn)的鉆孔，采用低—中固相泥漿，泥漿的性能指標(biāo)控制在比重：1.05～1.10；粘度：30s～40s；失水量：8mL/30min～12mL/30min；pH值8～9。②嚴(yán)格按照配制程序、方法操作。一是嚴(yán)格計(jì)量。二是依次加入。在配制過程中，應(yīng)按照分散、增稠、增粘、潤滑、絮凝的方式依次加入。三是性能調(diào)整。四是充分浸泡、攪拌。③泥漿的維護(hù)和管理。一是切實(shí)做好對返漿性能的測定。施工過程中每班派專人對返漿性能進(jìn)行認(rèn)真的測定，使泥漿的性能保持在最佳值。二是及時調(diào)整泥漿性能。鉆進(jìn)過程中如果發(fā)現(xiàn)鉆孔有垮塌的跡象，馬上調(diào)整泥漿比重，同時向泥漿加入腐值酸鉀，以抑制砂、泥巖水化。三是泥漿循環(huán)系統(tǒng)搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥漿池內(nèi)對泥漿的損害。四是認(rèn)真、及時對有害固相進(jìn)行清除。

3.3 防煤技術(shù)措施。進(jìn)入煤系地層后防煤是關(guān)鍵。鉆機(jī)在接到地質(zhì)人員下達(dá)的見煤預(yù)告書應(yīng)該采取如下技術(shù)措施，以保證順利見煤。①使用取煤器鉆進(jìn)煤層頂板，鉆頭采用底噴式合金鉆頭（近幾年采用的是底噴式復(fù)合片金剛石鉆頭）。這樣在見煤時鉆進(jìn)速度變化大，容易感覺。同時也能保證頂板巖芯的采取，為煤層的采取奠定基礎(chǔ)。②下取煤器防煤前，要求取煤器各部轉(zhuǎn)動靈活，單動性能好，內(nèi)、外管要直，卡簧坐與鉆頭內(nèi)臺階間距為0.5mm，卡簧的自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)徑小0.3mm～0.5mm。不得盲目下鉆鉆進(jìn)。為了保證卡簧取芯的可靠性，下鉆前，可將卡簧在同一鉆頭上一回次取出的巖芯上測試，保證卡簧在測試巖芯上既不脫落也不卡死。③調(diào)整泥漿，清除巖粉。防煤過程中泥漿粘度繩鉆應(yīng)控制在25s左右，普鉆泥漿粘度應(yīng)控制在30s左右。失水量小于10，并且在鉆進(jìn)過程中，每回次要清除泥漿和循環(huán)槽中的巖粉，以保持孔內(nèi)清潔。④限制回次進(jìn)尺，回次鉆進(jìn)不得超過3m，時間不超過2h。嚴(yán)格執(zhí)行一次鉆程一人判層。在見煤區(qū)段內(nèi)鉆進(jìn)，記好進(jìn)尺0.1m的記錄。⑤班長應(yīng)對每次取上來的巖心與自己的判層感覺和預(yù)告書中的巖層進(jìn)行對比，以便推斷見煤深度，確定下回次鉆進(jìn)進(jìn)尺長度。⑥防（采）煤過程中，嚴(yán)格執(zhí)行“五提鉆”和“六不干”制度?！拔逄徙@”：一次鉆程達(dá)到規(guī)定進(jìn)尺長度時提鉆；在限制回次進(jìn)尺中，見快（見軟）或變硬時都要提鉆；判層不清提鉆；巖心堵塞或干磨不進(jìn)提鉆；憋泵提鉆。六不干：采煤工具不合適，不好用不干；判層儀表不靈敏，不準(zhǔn)確不干；泥漿泵未修好，來水不正常不干；煤層頂板的殘留巖心未取凈不干；泥漿未調(diào)好不干；孔內(nèi)坍塌、掉塊及異常情況、未處理好不干。

3.4 煤層采取技術(shù)措施。煤芯采取率的高低是提高煤田地質(zhì)勘探工程質(zhì)量，使地質(zhì)研究和地質(zhì)報(bào)告編制建立在可靠的基礎(chǔ)上的關(guān)鍵。在施工過程中往往是所有鉆探工作都做得很好，但在煤層采取時，出現(xiàn)將煤層打薄和打丟的現(xiàn)象。為了保證煤芯采取率在煤層中鉆進(jìn)時我們采取了以下措施：①見煤（見軟）時，必須丈量鉆具長度，并合理平差。②確定機(jī)械設(shè)備、儀表完好；采煤工具調(diào)試到位；泥漿性能指標(biāo)達(dá)到要求；孔壁穩(wěn)定，無掉塊及異常情況；煤層頂板無殘留巖心后，方能下取煤器采煤。③選用合理的鉆進(jìn)參數(shù)。④打煤時要嚴(yán)格執(zhí)行打煤鉆進(jìn)規(guī)程，在無絕對把握時，煤層的第一回次鉆程要少鉆，其長度不得超過0.5m，以便檢驗(yàn)煤心采取器的可靠程度和鉆進(jìn)參數(shù)是否合理，便于采取補(bǔ)救措施。⑤煤芯取芯長度的確定。厚度小于1m的煤層可以鉆穿煤層連同煤層底板一起取上。厚度較大瓦斯含量較小的硬煤層（塊煤），第二回次鉆進(jìn)時可以控制在2m左右。鉆進(jìn)厚度較大瓦斯含量高的軟煤層（粉煤），每回次鉆進(jìn)宜控制在1m～1.5m左右。無論什么煤，每回次鉆程進(jìn)尺不能超過煤心管有效長度。⑥鉆煤時，要由機(jī)長、班長親自操作，并聽取地質(zhì)、鉆探技術(shù)員的指導(dǎo)。

結(jié)論

在煤系地層鉆進(jìn)過程中，使用好泥漿保證鉆孔在煤系地層鉆進(jìn)過程中孔壁穩(wěn)定是采好煤層的前提條件；選擇好采煤器采煤是提高煤芯采取率的關(guān)鍵；在防、打煤過程中嚴(yán)格執(zhí)行“五提鉆”和“六不干”制度是提高煤層采取率的保證。在防、打過程中只要堅(jiān)持使用好泥漿，嚴(yán)格執(zhí)行防、打煤制度，就能保證煤芯采取率。

參考文獻(xiàn)

[1]胡明巖.煤田地質(zhì)勘探中煤質(zhì)工作的重要性[J].中國煤炭，2009，35（11）：78-80.