奥灰水文孔施工总结

山西煤炭运销集团左权盘城岭煤业有限公司奥灰水位观测孔施工总结报告
中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院
二0一八年三月
组织施工单位：中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院施工钻机：奥灰水位观测孔号钻机
编写人员：
项目经理：（签字）
技术负责：（签字）
一、概况
由于盘城岭煤矿井田东部至西部突水系数逐渐增加,但待开采区域奥灰水位、富水性等数据资料是根据井田内P-1号水文孔及区域奥灰水位推测而得，精度控制不够；并且，矿井后续计划在150103工作面本溪组隔水层之上布置瓦斯抽采巷，也急需取得奥灰水位、富水性等数据对奥灰岩溶水带压开采安全性进行重新评价，从而指导后续巷道开拓及瓦斯抽采巷布置。

因此，决定在井下一采区合适地段部署水文孔，并留作奥灰长观孔，通过钻探、单孔放水试验、相应采样测试、动态观测的基础上，进一步查明奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层厚度、裂隙发育程度和规律、水位、富水性等水文地质参数，并进行长期水位观测，为矿井采掘规划和安全生产提供依据。

该孔于2017年11月13日开孔，2017年12月10日完成钻探及相应的放水试验等工作，共完成钻探进尺210m，终孔层位为奥陶系峰峰组底部。

二、地质技术要求
1、岩芯采取率：钻孔采用分段取芯，15号煤层及其底板为取芯段，要求取芯段正常段岩芯长度采取率大于70%，破碎段岩芯长度采取率大于50%，取芯时，应保持岩芯完整，岩芯取出后要妥善保管，岩芯要洗净，必须按顺序编号，装箱、照相，并按规范要求描述岩芯岩性，结构构造、岩石的胶结情况、含水层的裂隙发育情况，裂隙充填情况等，特别断层带的岩性要详细描述，钻孔终孔后按规定统一处理。

2 钻具丈量：见基岩面、每钻进100m、换径、终孔均需丈量钻具，丈量结果若误差超过0.15%时，要进行合理平差。

3、孔斜：施工前要制定钻孔防斜措施，并认真执行，钻孔每钻进20m测斜一次，钻探施工过程中严格按照有关要求做好钻探原始记录工作。

4、放水试验：本次放水试验的主要目的是最大程度地揭示本区奥陶系峰峰组含水层水文地质条件，因此本次只进行一次最大降深放水试验，充分暴露地下水条件。

5、原始记录：原始记录要规范、整洁、内容齐全准确。

地质员应在7天内整理、装订成册。

三、钻探施工
（一）施工方法和顺序
1、钻孔结构：
一级孔径Ф133mm，钻进至15号煤层底板，约26m，下入Ф127×5mm 套管，管外用水泥全封闭，封48小时后进行耐压试验，耐压试验压力不低于5MPa，持续时间不少于30分钟；二级孔径Ф113mm，钻进至O2f顶部下1m，约71m，下入Ф108×5mm套管至孔口，管外用水泥全封闭，封48小时后进行耐压试验，耐压试验压力不低于5MPa，持续时间不少于30分钟；三级孔径直径为Φ94mm，钻进至O2s层位10米后终孔，孔深约210米。

2、钻进方法
（1）一开：首先采用Φ133无芯钻头钻进，根据情况钻进至15号煤层顶板上3m，约为17m，取芯钻至15号煤层底板，然后用Φ133牙轮钻头扩孔，下入Ф127×5mm套管，管外用水泥全封闭，封48小时后进行耐压试验，耐压试验压力不低于5MPa，持续时间不少于30分钟。

（2）二开：首先采用Φ89取芯钻头钻进，取芯钻至15号煤层底板下10m，深度为37m，然后用Φ113牙轮钻头扩孔钻进至O2f顶部，约71m，下入Ф108×5mm套管，管外用水泥全封闭，封48小时后进行耐压试验，耐压试验压力不低于5MPa，持续时间不少于30分钟，随后在套管口安装闸阀，孔口
闸阀包括防喷逆止阀、止水闸阀等装置。

（3）三开：采用Φ94mm钻头无芯钻进至O2s层位10m后终孔，孔深约210米，随后进行放水试验后孔口安装水位自动观测仪。

（二）钻探成孔后，取得各类岩石及煤样参数后，安装完毕井口水位自动观测仪，合理进行观测人员配置后，然后按规程进行放水试验。

（三）冲洗液的使用
根据钻孔性质和施工情况，全孔采用清水作冲洗液。

（四）设备选用
使用SGZ-ⅢA井下钻机1台，钻机动力装置为18.5Kw电动机，最大钻进深度为300m，使用Ф60mm钻杆及各种配套钻头等钻具，放水试验需选用高精度压力表（达到0.01MPa）、流量观测仪，水位观测选用水位自动观测仪等。

四、地层
该孔穿过地层依次为石炭系上统太原组、石炭系中统本溪组以及奥陶系中统峰峰组，以下按地层顺序自上而下简述如下:
（一）石炭系上统太原组（C３ｔ）：本次揭露厚度３８m，主要由砂岩、砂质泥岩和煤层组成。

（二）石炭系中统本溪组(C２ｂ)：本次揭露厚度为１９．５ｍ，本段主要以泥岩及砂质泥岩岩为主。

（三）奥陶系中统峰峰组(O２ｆ)：本次揭露厚度为１５２．５ｍ，本段主要为灰色和深灰色石灰岩层。

五、放水试验
（一）放水试验的目的
本次井下放水试验的目的是为充分揭示奥陶系灰岩峰峰组岩溶裂隙含水
层水文地质条件，获取水文地质参数，为矿井采掘规划及后续报告编制提供依据。

（二）放水试验前的准备工作
为确保井下安全和放水试验顺利进行，放水试验前应做好如下准备工作：
1、井下放水孔孔口安装耐压能力大于5MPa的防水阀门，放水孔要安装高精度压力表（达到0.01MPa）及流量观测仪或观测堰。

放水试验前必须统一检测仪器、仪表及观测设施，确定完好、灵敏；
2、检查排水设施供电线路是否完好安全，满足排水设备供电安全要求；
3、检查排水设备、排水管路、排水渠道能力是否满足排水要求，排水设备是否完好，排水管路是否密封通畅，水仓、水沟是符合要求；
4、准备好放水试验记录、资料分析整理所需的各种材料、记录表等；
5、放水试验前对参与放水试验的人员统一进行放水试验技术要求及安全注意事项培训。

（三）放水试验及技术要求
１、试验放水
为进一步准确确定放水试验最大放水量，检测放水试验孔、放水试验仪器仪表及疏排水设备、管路、沟渠、电路等设备、设施运转正常，观测仪器、仪表、测量器具、通讯正常可靠，精度满足放水试验要求，能保障放水试验及井下安全，正式放水试验前必须进行试放水。

试放时间不超过2小时，并做好各项记录。

２、正式放水试验
（１）放水降次
本次放水试验的主要目的是最大程度地揭示本区奥陶系峰峰组含水层水
文地质条件，因此本次只进行一次最大降深放水试验，充分暴露地下水条件。

（２）放水试验延续时间
为充分暴露水文地质条件，初步确定本次放水试验延续时间为4d，并且放水量变化规律（单向变化）、变化幅度的稳定时间不少于24小时，最大降深点水位（压）变化规律、变化幅度的稳定时间不少于24小时，如果放水量、水位（压）变化规律、变化幅度达不到要求时，放水延续时间不少于6d。

（３）观测要求
1）正式放水试验开始时按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min的时间顺序观测，以后每隔30min观测一次，直至放水试验结束。

2）放水试验应连续进行。

如放水中断，而中断前放水已超过6小时，且中断时间不超过1小时，则中断前的放水时间仍可计入延续时间内，否则一律作废。

在中断放水时间内，应按观测稳定（静止）水位的要求观测水位（压），直到重新放水为止。

3）放水前及放水过程中，要求经常检查校正观测、测量的仪器、仪表，发现误差及时修正。

4）水温、气温测量，在放水过程中每隔2小时同时观测一次，其精度要求为0.5℃。

要求与流量、水位（压）同时观测。

5）放水过程中要加强放水地点的通风，增加有害气体检测次数或设瓦斯警报器。

（４）水样要求在放水试验结束前按规范要求采取全分析样。

３、稳定时间内水位（压）和流量变化要求
由于本次放水试验难以形成稳定的降落漏斗，放水量和水位降深也难以
稳定，因此，达到稳定的标准为：
（１）放水孔水位（压）呈单向变化，且变化规律明显，变化幅度基本稳定；
（２）放水量变化幅度呈单向变化，且变化规律明显，变化幅度稳定。

４、静止水位（压）和恢复水位观测要求
正式放水前和正式放水结束后，放水孔和观测孔均要求进行静止水位（压）和恢复水位（压）观测。

１）放水试验结束后，放水孔恢复水位（压）观测时间按1、2、3、4、6、6、8、10、15、20、25、30min的时间顺序观测，以后每隔30min观测一次，直至水位恢复放水前各观测孔水位变化规律、变化幅度，每隔30min观测一次，直至达到恢复水位（压）要求。

２）放水试验前后的静止水位（压）观测，每30min观测一次。

静止水位（压）和恢复水位（压），符合下列条件之一方可停止观测：
a、井下压力表观测连续4h指针不动；
b、水位（压）呈单向变化，井下压力表连续4小时基本不动；
c、水位（压）呈锯齿状变化，井下压力表微动；
d、达不到上述要求时，要求水位（压）、水量变化变化趋势一致，变化规律明显，变化幅度稳定，观测时间不少于72h，并确定其变化规律、变化幅度。

５、流量观测方法
（１）要求流量观测与水位观测在同一时间进行；
（２）要求采用管道流量计法观测。

（四）放水试验实施过程与取样
1、试验性放水实施过程
正式放水之前进行试验放水。

同时打开所有放水孔阀门，试放时间不超过2小时。

并做好各项记录。

试验放水目的是:
①检查排放系统运转和观测仪表使用是否正常，放水试验组织、调度是否有效，观测人员是否掌握观测要求,以便及时调整与纠正,确保正式放水能够顺利进行。

②初步查明放水水量与水压、水位变化之间的关系，确定正式放水试验水量大小，并预计放水试验效果。

③确定放水孔的最大放水量，为正式放水时确定参数。

④排除水中过多的杂物，以免损伤水表。

2、正式放水试验实施过程
（1）初始水位的统测
在正式放水前，对参与试验的放水孔进行一次初始水位（静水位）的统测，以便为确定初始水位和流场特征提供基础资料。

（2）正式放水试验的情况
在统测初始水位及各项准备工作就绪后，即开始作正式放水试验。

放水试验开始于201７年１２月６日９时，至２０１７年１２月１０日１３时结束，历时１００小时（４天零４小时），放水孔流量（水压）的观测，按设计的观测时间间隔进行了如实观测，其流量与水位变化的延续时间与相对稳定延续时间，符合相关规程要求。

放水停止后，立即进行恢复水位观测，其后转入常规观测。

３、水样采取
水样要求在放水试验结束前按规范要求采取一个全分析样。

（五）放水试验参数计算
根据放水试验观测记录数据显示，放水实验前，压力表稳定压力为０．９２Ｍｐａ，由１Ｍｐａ＝１０１．９７ｍ可知，水位标高为９３．８１ｍ；根据观测试验数据显示，自２０１７年１２月６日１８时３０分开始，直至２０１７年１２月９日７时，放水流量稳定在０．２２Ｌ／Ｓ，稳定时间６０．５ｈ，稳定期对应压力几乎为零，放水试验累计放水５８．９０ｍ３。

根据放水孔终孔结构可知，出水段孔径为φ９４ｍｍ的裸孔，段长１１３ｍ；根据钻孔揭露地层可知，奥陶系中统峰峰组揭露厚度为１５２．５０ｍ；经计算可知该含水层的单位涌水量为０．００２３Ｌ／Ｓ．ｍ，渗透系数为０．００14ｍ／ｄ，影响半径３５．０６ｍ，导水系数０．２１ｍ２／ｄ。

根据含水层富水性等级标准可知，ｑ≦０．１Ｌ／Ｓ．ｍ的为弱富水性含水层。

六、取样测试结果
本钻孔样品的采集工作，根据施工目的及任务要求，采样种类包括15号煤层煤芯煤样、煤层岩石力学样、瓦斯煤样、水样等。

1、煤芯煤样
根据要求，在15号煤层采取煤芯煤样。

2、煤层岩石力学样
在15号煤层采取煤层岩石力学样两组
3、瓦斯煤样
根据《煤、泥炭地质勘查规范》要求，在15号煤层采取煤层的瓦斯煤样，以便准确划分主要可采煤层的二氧化碳～氮气带、氮气～沼气带与沼气带的
分界。

4、水样
在放水试验结束前按规范要求取一个水样送验。

5、煤层底板力学样
对15号煤层底板进行连续取芯，测试其重度、抗拉强度等指标，为计算安全隔水层厚度提供数据支撑，共取样2组。

各取样分析结果见下图：
（1）瓦斯试验报告表
（2）水质检测
（3）岩石力学物理试验报告（4）岩石力学物理试验报告
（5）煤炭试验参数（编号15-1，煤层15#，采取率90%，取样深度32.2-38m）项目水分Mad% 灰份Ad% 挥发份Vd% Vdaf% 焦渣特性固定碳FCd 全硫份Std% 硫铁矿Ssd%硫酸盐Ssd%有机硫Sod%磷Pd%
（6）瓦斯吸附常数
（7）煤层瓦斯放散初速度
七、工程验收
八、结论
该孔施工资料收集齐全，质量达到了设计要求，钻探工作结束后项目部进行了现场验收。

依据MT/T 1042-2007《煤炭地质勘查钻孔质量标准》，该孔工程质量综合评定为甲级孔。