牛彥杰

（甘肅煤田地質(zhì)局145隊(duì)，甘肅張掖734000）

河西走廊地區(qū)是甘肅省重要的工業(yè)生產(chǎn)基地，一直以來，由于煤炭?jī)?chǔ)量小，開采量低，煤炭大多由外地調(diào)入。隨著區(qū)內(nèi)工業(yè)迅速發(fā)展，煤炭資源缺口不斷加大。因此，實(shí)施區(qū)內(nèi)煤炭資源儲(chǔ)量勘查工作，具有重大意義。

2003~2011年，在甘肅省國(guó)土資源廳和煤田地質(zhì)局的批示下，我隊(duì)在張掖市甘州區(qū)蘆草臺(tái)子勘查區(qū)范圍內(nèi)，進(jìn)行了找煤、普查、詳查等工作，尤其是繩索取芯的應(yīng)用，極大地提高了野外勘查工作資料的可靠性，取得了甘肅省河西地區(qū)煤炭勘查儲(chǔ)量的重大成果。

1 地層情況

詳查區(qū)地層以新元古界震旦系地層為沉積基底，其上沉積了侏羅系、白堊系、新近系中新統(tǒng)和全新統(tǒng)。區(qū)內(nèi)大面積被新生界地層覆蓋，只有零星的白堊系和新元古界地層出露，地層由老至新分述如下：

（1）新元古界震旦系(NP2)。本區(qū)老基底。巖性為綠泥絹云片巖、石榴二云石英片巖、大理巖。

（2）中生界侏羅系(J)。包括中侏羅統(tǒng)、下侏羅統(tǒng)地層，為勘查區(qū)含煤地層。

①侏羅統(tǒng)芨芨溝群(J1Jj)：區(qū)內(nèi)隱伏，西部大部沉積缺失，僅在東北部分布。為一套陸相河流—湖泊相沉積，巖性為灰色、深灰色粉砂巖、泥巖和砂巖組成，含煤層7組。鉆遇地層厚度0（D101孔）~573.10m。

②中侏羅統(tǒng)青土井群(J2Qn)：共12~14個(gè)亞沉積旋回，含煤8組，煤層編號(hào)煤8組—煤1組。為一套內(nèi)陸山間斷陷性盆地沉積相環(huán)境下的扇三角洲平原亞相沉積物，地層厚度139.80~569.7m，平均210.85m。依據(jù)巖性巖相旋回和含煤性，地層劃分為三個(gè)巖組，各巖組自下而上逐漸為上覆巖組呈超覆沉積關(guān)系。各巖組敘述如下：

下巖組(J2Qn1)：主要為由6個(gè)不完整的亞旋回組成的扇三角洲平原亞相沉積。巖性主要由粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖，中夾4層煤組組成；含煤8組—煤5組。頂部為灰黑色的泥質(zhì)粉砂巖或粉砂巖（K1標(biāo)志層）—深水湖泊的扇三角洲平原前緣亞相沉積為結(jié)束，局部超覆于下侏羅統(tǒng)芨芨群地層上巖組(J1Jj3)和盆地基地Z2-3地層之上沉積。含孢粉及植物化石，孢粉組合為Cyathidites-Chasma-tosporites-Cycadopites組合，以裸子植物花粉居多。地層厚度38.39~235.51m，平均106.46m。

中巖組(J2Qn2)：縱向上也主要由五個(gè)較完整的旋回組成的扇三角洲平原亞相沉積。巖性主要由粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖，中夾4層煤組組成，含煤4組—煤1組。地層厚度3.85~186.10m，平均67.08m。

上巖組(J2Qn3):區(qū)內(nèi)大部缺失。以灰綠色為主，底部為灰綠和紫褐色。底部由細(xì)礫巖、粗中粒砂巖開始，向上逐漸過渡為細(xì)砂巖和粉砂巖?？v向上一般由1~3個(gè)亞旋回構(gòu)成。地層厚度8.73~147.31m，平均43.05m。

（3）中生界白堊系(J)。下白堊統(tǒng)廟溝群(K1Mg)：分布于F3斷層以南。顏色為紫紅色、褐紅色、棕褐色為主，灰綠色、灰、黃綠色次之。巖性為后層狀粘土巖夾細(xì)—中粒砂巖為主，底部多為細(xì)—中角礫巖。厚度203.92m（D402孔）~800m。與下伏中侏羅統(tǒng)地層呈角度不整合接觸關(guān)系。

（4）新生界新近系。

①新近系中新統(tǒng)白楊河組(N1b)：勘查區(qū)有零星出露。巖性為雜色、淺紅色含礫砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾石膏，底部為含鋁質(zhì)泥巖。一般呈北薄南厚之勢(shì)。鉆遇地層厚度56.01~210.94m，平均150.21m，不整合于白堊系地層之上。

②第四系系全新統(tǒng)(Q)：全區(qū)分布。巖性為沖洪積礫石、砂礫石、亞砂土和風(fēng)成砂。因隆起曾遭受剝蝕，故呈南薄北厚之勢(shì)，厚度3.80~139m，平均99.35m。

2 鉆探方法選擇

（1）利用XY-44液壓鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，解決鉆孔開孔鉆遇礫石層，不能有效加壓?jiǎn)栴}，提高鉆探效率。采用金剛石鉆進(jìn)工藝在礫巖層中鉆進(jìn)，提高礫巖層鉆進(jìn)的效率。

（2）在基巖中采用單管鉆井、切斷器取芯。煤系地層使用復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)取芯，提高巖芯采取率。

（3）在煤層取芯鉆進(jìn)中，采用GmK-Ⅱ型采煤器。該采煤器經(jīng)我單位多年采煤使用，煤芯采取率達(dá)93%以上。其特點(diǎn)是：雙管單動(dòng)配合復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)能保證煤芯的有效直徑，內(nèi)管采用半合管結(jié)構(gòu)，可以直觀觀察煤芯的原生結(jié)構(gòu)，保持巖芯不磨損、不易丟失、采煤效率高。

（4）原則上大部分瓦斯孔應(yīng)采用繩索取芯鉆進(jìn)，采瓦斯時(shí)從割芯到提到井口的時(shí)間應(yīng)滿足如下要求。即：煤層埋深在0~500m的鉆孔，提芯時(shí)間不超過10min；煤層埋深在500~1000m的鉆孔，提芯時(shí)間不超過20min。對(duì)于非繩索取芯的瓦斯孔應(yīng)盡量縮短提芯時(shí)間。

3 施工難點(diǎn)

（1）本地區(qū)是第一次使用繩索取芯工藝，人員與設(shè)備也是初次培訓(xùn)后使用，不確定性大，有一定適應(yīng)期，有一定施工難度。

（2）在砂質(zhì)泥巖、粉砂巖層段，巖芯較破碎，容易坍塌掉塊，風(fēng)化后成碎片狀，施工過程中易出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定情況。

（3）全孔巖層較軟，較松散，煤層層數(shù)多，加矸多，存在采取率不合格風(fēng)險(xiǎn)。

（4）該地區(qū)繩索取芯工藝應(yīng)用少，鉆探技術(shù)參數(shù)缺乏，對(duì)易坍塌層位地層缺乏正確應(yīng)對(duì)方法。

4 繩索鉆具組合

（1）松散層、新近系：89mm六方主動(dòng)鉆桿+?73mm鉆桿+?95mm鉆鋌+?194mm的扶正器+?225mm牙輪鉆頭。

（2）基巖層、煤層：89mm六方主動(dòng)鉆桿+?95mm鉆桿+?95mm繩索取芯器+?98mm金剛石取芯鉆頭。

5 繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選用，根據(jù)巖石的性質(zhì)、鉆頭類型、鉆孔深度、鉆井液類型、使用設(shè)備和鉆具性能綜合考慮。確定最優(yōu)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。這些參數(shù)的有機(jī)配合是決定鉆效、鉆頭壽命、鉆具的磨損等的基礎(chǔ)因素。提倡平穩(wěn)、一致，決不可忽高忽低。新鉆頭開始接觸孔底鉆進(jìn)時(shí)，采煤、掃孔等均應(yīng)輕壓、慢轉(zhuǎn)、靈活使用，嚴(yán)禁盲目地追求重壓、快轉(zhuǎn)速。見表1。

表1 繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)表

6 鉆井液

（1）在第四系松散層鉆進(jìn)時(shí)，為防止鉆孔坍塌，涌、漏水。采用高粘度、高密度的粗分散泥漿。其余層段則使用不分散無固相泥漿鉆進(jìn)。

（2）配置鉆井液的原料及處理劑主要有：土粉、CMC、成膜A劑、聚丙烯酸鉀、増粘劑、隨鉆堵漏劑、減阻防塌劑、潤(rùn)滑劑、NaOH(燒堿)等。

（3）鉆井液的配方如下：

第四系地層的鉆井液的配方：1000kg水+50~150kg土粉+2~3kgCMC+1~2kg減阻防塌劑+3~5kgNaOH。

鉆井液的性能如下：粘度20~50s、密度1.10~1.30g/cm3、含砂量小于4%、失水量20~30mL/min、pH值8~9。

新近系、基巖地層的鉆井液的配方：1000kg水+10~25kg成膜A劑+2~3kg聚丙烯酸鉀+2~4kg增粘劑+3~20kg隨鉆堵漏劑+5~10kg減阻防塌劑+5~8kg潤(rùn)滑劑+4~5kgNaOH。

鉆井液的性能如下：粘度18~60s、密度1.02~1.25g/cm3、含砂量小于1%、失水量8~12mL/min、pH值8~9。

7 應(yīng)用效果及意義

（1）通過本次繩索取芯鉆探工作，確定了勘查區(qū)的地層層序，較為準(zhǔn)確地查明了勘查區(qū)內(nèi)的煤層層數(shù)和厚度、可采范圍。

（2）較為準(zhǔn)確地查明了勘查區(qū)內(nèi)的煤炭特征和工業(yè)性能，確定了煤種類別，查明了勘查區(qū)內(nèi)煤層的瓦斯含量、地溫等情況。

（3）充分發(fā)揮了繩索取芯工藝的高采取率優(yōu)勢(shì)，較為完整地掌握了勘查區(qū)內(nèi)巖層的傾角、裂隙及斷層等地質(zhì)構(gòu)造特征。

（4）繩索取芯鉆探工藝全孔取芯率達(dá)到95%以上，數(shù)據(jù)真實(shí)，可靠性高，為項(xiàng)目后續(xù)工作帶來極大的便利。

（5）本次施工采用了繩索取芯鉆探新技術(shù)、新工藝，保證了項(xiàng)目在工期內(nèi)保質(zhì)保量完成，實(shí)現(xiàn)了河西地區(qū)煤炭勘查的重大突破。