门克庆煤矿离层及两带探查孔施工探讨

的矿井离层注浆必须弄清楚离层的发育的准确高度和情况，先在地面钻井，把将要发生离层的井

段裸露出来，等到离层发育后注浆：由于各个地区的离层发育情况不一，这就需要在采空区先施工 探查孔,探测离层以及“两带”发育高度，采用钻探、测井、录像等手段，对离层发育状况及规律进行研 究，为离层注浆控制地面工程设计及施工提供依据关键词：离层;探查；坍塌；钻探中图分类号:P634文献标识码:B文章编号:1004-5716（2019）05-0075-041项目概况门克庆煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，

及“两带”发育高度，先施工探查孔，采用钻探、测井、录 像等手段,对离层发育状况及规律进行研究,为离层注

煤层埋深大,具有冲击倾向。11采区3101 T.作面开采

浆控制地面工程设计及施工提供依据，过程中发生过多次冲击矿压现象，出现了矿震、离层 水、冲击地压、地表沉陷等灾害.故在开采过程中需要 采取措施干预上覆岩层的破断,减弱矿压显现.提前干 预地层塌陷过程，控制地表塌陷下沉,拟采用新技术对

由于采空区地层破碎,塌陷严重，钻探施工困难，

以前多次施工均未达到预期：.本次我们精心设计，严 密组织，成功完成了既定任务,取得了宝贵的资料，

2探查孔设计煤层开采形成的覆岩离层区进行注浆。为探测离层以

2.1工作量（见表1）表1实物工程量一览表序号1项目钻探类别地质常规工程备注689.00m探査钻孔一个2取心段套管固井水泥389.00m10.50m300m以下用0113mm钻头,089mm单管卡簧取芯0273mm开孔强风化松散层第四系、螺旋管340219mm61.50m0168mm389.50m3.8t无缝钢管、焊接P.O42.5封孔所有套管外水泥固井根据甲方要求执行5钻孔封闭1个2.2钻孔结构设计

根据地质填图及钻探成果对比分析，门克庆井田

内地层由老至新发育有：三叠系上统延长组（T砂）、侏罗系中统延安组仃纱）、侏罗系中统直罗组（〕忆）、侏罗系*收稿日期：2018-09-27修回日期:2019-01-21作者简介岀利强（1976-）•男（汉族），河北武安人，高级丁程师，现从事水文水井、地热井、盐井、大口径工程井、小口径取芯井等钻探技术的施T.和

管理T作。76西部探矿丁程2019年第5期中统安定组仃诅）、白垩系下统志丹群（KZ/J和第四系 2.3设备配备（见表2）3施工情况全新统（QJ。见图1地层单位界系统组

柱状煤层号

厚 度深

岩性描述井身结构设计孔径（mm）深度（m）度设计要求(m)(m)及水文地质特征新第全四新0-10生0244.510-61风积砂：灰黄色、黄褐色中细砂、粉细砂，结 构松散界系统565602190〜60、施工工艺:采用回转正循环 钻进，基岩地层开 始单管卡簧取芯器, 泥浆作为冲洗液 一开：0311.1mm 无芯钻进至10m,下 （Z）2 7 3 mmx6.5 mm 螺 旋管至10m固井 二开：0244.5mm 无芯钻进至61m,下 白志

下中019060-389三开：01 33mm取 芯钻进室389m; 0190mm导向命头 扩孔至389m,下 0168mnp<6.5mm套 管至389m固井

四开：0133mm取 芯钻进至终孔二、工程技术要求

垩

丹

地基处理、钻塔安

装、钻遂设备安装、 施工工艺、预防孔 斜、预防孔壁坍塌、 探孔、下骨、賢孔

系群

0168+0.5 〜389望泥质薑、水疾比、 衣全生产等技术要 求，按现行规枢、 规費及施T.组镇设生安是组

328384上部深红色中粗砂岩夹粉、 细砂岩；下部浅红色、紫红色含中细粒砂岩夹砂质泥岩、粉砂岩78462褐色暗、紫红色各粒级砂 岩、砂质泥岩夹薄层灰绿 色、暗紫色粉、中细砂岩侏

中直罗组

罗145607以灰绿色、杂色、紫红色 粉砂岩、砂质泥岩、中粒 砂岩和细粒砂岩为主©133389-689延

统 系安 组

689灰白色、深灰色粉砂岩、

中粒砂岩、砂质泥岩6695图1钻孔柱状图本次施T.,LY-1钻孔钻进到351m时发生孔内事 故，处理困难，挪孔至新LY-1孔，钻进到603.22m,完

3.1 LY—1 钻孔2018年3月4日开丁，一开采用0244.5mm牙轮钻 头钻进至58m（进基岩5m）,下入0219mmx6.5mm螺成探查任务。2019年第5期西部探矿［.程77表2主要设备配备表序号设备名称规格型号数量单位1钻机TXJ-16001套2泥浆泵NBB-250/601套3柴油机61351台4井架AS18-36 型1部5钻杆060mm700m6钻铤068 mm100

m7电焊机1台8取芯管089 mm5根旋套管，水泥固井封闭止水。二开采用0113mm钻头,3月10日取芯至338m泥

浆全漏,堵漏无果,无芯强行钻进至351.51m后，坍塌 掉块严重,无法继续施工，用清水冲洗钻孔4h后，静止

30min,利用井下电视进行录相,在337〜351 m段发现 多处横向、纵向较大的裂隙。3月12日.钻具下至349m处开始堵漏，在注入水

泥浆l.lnf时泵压突然升高，强行上提5m,提拉不动、

不能循环。3月17日返出钻具335.5m,再返时返不动，倒开钻

具后，发现丢入孔内157.90m反丝钻具和一个反丝公

锥，后打捞出反丝钻具135.4m,井内留有22.5m钻具,

事故头在319m处。分析认为：本段地层松散，离层已发育成大裂隙.

经过长时间清水浸泡，井壁失稳,坍塌，如果继续处理 可能还会造成埋钻卡钻事故.后在事故头以上用水泥封孔50m.侧钻至319m遇 到事故头，侧钻失败，22〜23日，两次分段封孔后移

位。3.2新LY-1钻孔2018年3月30日0113mm钻头钻进至316.25m泥

浆全漏;水位64.10m,井口能听到流水声。4月1日无芯强行钻进至395.30m,通过测井、超声 成像、井下电视,获取资料显示，在316.59〜362.35m段 有多处横向、纵向较大裂隙，根据地层资料及模拟计

算,345m左右为主关键层，365m处为亚关键层皿（离

层）。4月4~8日：把海带、黄豆、花生、玉米、锯末等掺入 泥浆.用高粘纤维素、玉米轴、玉米粒、棉丝加T.成泥球 用岩芯管送到漏层.环封井口用水泥浆堵漏，后能建立

循环，用0190mm钻头扩孔至393m；准备下0168mm

套管，为确保固井质量，对地层做承压试验，在打压至

1.5MPa后地层被憋漏再次用水泥堵漏后下入0168m m套管，用穿鞋戴 帽的方法，对志丹群进行封闭止水作业。4月23日，试压3MPa,30min不降，下管封闭止水 达标。三开用0133mm钻头，钻进3m到396m处泥浆全 漏。顶漏钻进至433〜435m处有掉钻现象.24日顶漏

钻进至532m宜罗组，在钻进过程中有掉钻、扒车、井壁

坍塌等现象，水位253m。通过测井和井下录像得知，

396〜532m段多处有较大横向裂隙，根据关键层判断

及断距计算，此段为亚关键层n、亚关键层I发育段。26 日,0152mm 自 393m扩孑L至U532m,下入0133mm 套管158m,穿袖30m3 28日穿鞋固井后，套管口用木 塞堵注,纯水泥浆戴帽失败;后在水泥浆中加锯末等惰

性材料戴帽成功。钻进至535m（出套管3m）,泥浆又全漏;5月5日, 顶漏钻进至603.22m,做井下电视、测井取得资料。后用砂石水泥和水泥球封孔，由成像可见，565m以上为原生裂隙而非采动裂

隙，569m真正进入到裂隙带。由于该段为泥岩，塑性 抗拉能力强，抗压能力差.加之该段已经处于接近稳层

状态.所以在软弱与含泥质较多的岩层中，竖向裂隙较

多。4探查成果本次通过钻探对门克庆煤矿已采区离层及裂隙带 发育情况进行了探查.通过观测冲洗液消耗及井下电

视、超声成像等手段，摸清了本区离层发育深度和厚

度，对注浆孔的设计、施T.和整个注浆项目的顺利开

展、对于采空区离层发育规律的研究，具有十分重要的 意义。4.1各个层段深度和厚度经过对所取岩芯和多项测井资料对比分析.得知 主关键层在345m；亚关键层D1在365m ；亚关键层II在

420m；亚关键层I在470m □裂隙带顶界在565m左右，两带高度可定为

692.40m 减 565m 为 127.40m,除以 3—1 煤厚 4.95m,裂 隙带高度与采厚比为25.74倍。78西部探矿T-程2019年第5期4.2离层发育规律根据采深、采厚、岩性、地层结构及采煤方法与顶

板管理方法等的不同，裂缝带以上以坚硬、中硬、软弱 岩层相间时，可能会表现为由下而上逐层的弯曲变 形，由于坚硬岩层与软弱岩层的弹性模量相差较大,

常常表现为不同步的变形，软岩的变形大，硬岩变形 小.软硬岩不同步变形的空间即为离层，见图2。表上层主关键层软土层次关键层软土层图2主关键层破断前后覆岩运动特征如新I.Y-1孑L,在312〜334m之间为厚层中砂岩， 岩性坚硬.往下在334-351m之间有多层泥岩、砂质泥

岩,在两种弹性模量相差较大的岩层之间，由于变形不 同，形成离层〉5钻探总结5.1 施工难点(1) 煤层开采后引起地层运动，离层区裂隙极为发

育,钻进时常出现漏失、坍塌、掉钻、卡钻等现象；(2) 裂隙发育较大，堵漏或封闭止水难度很大.上

部地层水封堵比较闲难，极易流入采空区。5.2应对措施(1) 在钻井施丁中，严格执行相关操作规程,减少

人为因素造成的井漏和坍塌。(2) 对于漏失层，要坚持“预判、预防、封堵”相结

合，借鉴井下电视成像，分析地层特点,科学选用堵漏 材料和方法，降低井漏对钻井施I.的影响：对于同时存在纵向和横向裂隙的孔段，需要采用 有机物桥塞和早强水泥浆相结合的复合堵漏措施、对

此我方采用多种堵漏方案，使用泥球、玉米、黄豆、海 带、锯末、粘土、玉米芯等堵漏材料随钻堵漏,制成“泥

球”、“泥棒”等.直投或用岩芯管定投到预定位置,下钻 进行夯、捣，新LY-1孔施工到离层段时泥浆全漏,且此孔段 富水性强,井下电视能观察到明显的水流现象,前期直 接用水泥封堵均失败,后采用以上方法堵漏取得成功。(3) 在可能出现长孔段全漏的地层,可先顶漏强钻

至预定孔深再进行堵漏顶漏钻进要使用性能较好的 泥浆,不可用清水,以防清水浸泡井壁而坍塌3(4) 打开离层前必须把上部地层封闭好，必要时下

套管，地层承压能力小全段固井水泥不能返到顶部时

可采用“穿鞋带帽法”封固套管隔离含水层，谨防上部

地层水顺钻孔流入采空区给煤矿带来灾难。新LY-1孔志丹群裂隙发育、含水丰富,地层承压

能力低，下入技术套管后.采用“穿鞋戴帽”的方法有效

地对上部含水层进行了隔离。(5) 在地层漏失、坍塌严重，不含水或无需止水的

孔段,可采用下管不固井的方法隔离破碎地层，新LY-1孔在钻至532m处，坍塌掉块严重，悬挂

0133mm套管隔离上部不稳定地层，为后期顺利施工

奠定了基础。(6) 下木塞至隔水层(或两带顶部以上)架桥，然后 下入混凝土(含骨料:锯末、木塞、花生、黄豆、玉米、玉 米轴、棉麻等)，进行封堵。本次施工为离层探查孔的施丁积累了一些经验,

但还有许多难题需要在以后的施工中去探讨。参考文献：[1] 孙丙伦,陈师逊.陶士先.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术

探讨与实践[J].探矿工程(岩土钻掘工程),200&[2] 工扶志.张志强,宋小军.地质T.程钻探工艺与技术[M].长沙:

中南大学出版社,200&