淮北矿业集团 安徽淮北 235000
摘要：桃园Ⅱ2采区三维地震资料发现一疑似陷落柱，通过地面定向钻孔探查，圈定了陷落柱边界。
关键词：定向钻孔；陷落柱；探查
1.工程背景
桃园煤矿隶属于淮北矿业集团，位于安徽省宿州市南11km，矿井年生产能力185万吨。生产采区有：北八、南三、Ⅱ2、0采区；开拓采区有Ⅱ1、Ⅱ6采区，目前回采10煤和82煤。10煤为主采煤层，下距太原组灰岩平均61m左右。本区见灰岩11层，单层厚度0.39～19.04m，以第三、四、五层和第八、十一层灰岩最厚，太原组总厚约190m，灰岩厚度占全组厚度的40%左右。
图1 陷落柱边界和基本形态平面图
桃园煤矿受陷落柱突水威胁，2013年曾发生陷落柱突水淹井事故。根据三维地震资料，Ⅱ2采区存在一疑似陷落柱（D2，下图1绿色与青色圈）。为避免再次发生类似突水事故，Ⅱ2采区采用地面定向钻孔沿薄层灰岩顺层钻进超前探查高压注浆加固的方法，查治隐伏垂向导水通道，其中D2#、 D6#孔组对D2疑似陷落柱区域进行重点探查验证。
2.陷落柱定向钻孔探查分析
D2#与D6#孔组共完成2个主孔、13个分支孔，终孔间距不大于50m，完成钻探进尺8303.47m，三灰层段3743.7m。根据钻探资料，从多个方面证实了陷落柱的存在。
2.1钻井液漏失
根据陷落柱发育特征，即使陷落柱内岩层整体塌落，岩层受扰动较小，裂隙不发育，但陷落柱顶部裂隙在发育过程中难以得到及时有效的填充，钻进过程中会发生冲洗液大量漏失，且陷落柱边缘部位的环状裂隙多为张性裂隙，发育较好，且一般与顶部裂隙相互连通。根据冲洗液的漏失与相邻钻孔相比较，如出现较大异常，可判定是否进入陷落柱内。
D2#孔、D2-1#分支孔和D6-1#分支孔均揭露了钻井液全部漏失岩层段，且漏失量大于泥浆泵的流量，漏失量大于72m3/h。其中D2-1#分支孔钻进过程漏失次数多且密，岩层出现明显异常。具体钻井液漏失情况见表1。
2.2异常声响
根据陷落柱发育特征，柱体内岩层受过扰动，岩层完整性和整体强度较原岩差，在岩层受到新的扰动时，岩层内应力受到影响易产生重新分布，致使岩层内部分岩体或岩块发生错动、断裂、挤压等现象，伴随产生异常声音。
D2-1#分支孔钻进至孔深992m时钻井液全漏，钻至996m提钻，钻进过程进尺及钻压无明显异常，测水位期间孔内传出剧烈类似放炮声响，间隔2～3秒，持续约30min。
2.3水位
D2#钻孔单元钻孔钻进中，D2-1#分支孔的多处漏失点和D2-2#分支孔均为太灰水位，水位正常，其余的钻孔水位明显异常，接近奥灰水位或处于奥灰与太灰水位之间，水位较高。D6#钻孔单元钻孔钻进中,D6-1-1#分支孔和D6-2#分支孔水位异常，接近奥灰水位或处于奥灰与太灰水位之间，水位较高。水位情况见表2。
多个钻孔的高水位表明此处有隐伏的导水构造，联通奥灰与太灰岩层，但水位不是稳定的奥灰水位，表明连通性较弱。
2.4岩屑资料
D6-2#孔施工工程中，1100m深度前岩粉中含有明显的水泥凝固体颗粒，1100m深度后岩粉中水泥凝固体颗粒变得难以发现，由此推断出1100m位置是水泥浆扩散的边界点。1100m距离最近已经注过浆的钻孔为D2-6#孔，与D6-2#孔法向距离为170.2m，由此表明浆液在陷落柱柱体内扩散范围较大。
2.5串浆
陷落柱内岩层经过扰动，裂隙和空隙较多，治理过程中高压注浆时相比正常岩层容易发生串浆现象，这是陷落柱治理的一个典型特征。
本次施工共安排了两台钻机，在施工过程中发生了多次串浆现象，比较明显的有如下4次：
⑴D2-3#孔与D6-1#孔
D2-3#孔深钻进至1224m时钻井液约漏失量30～35 m3/h，顶漏钻进过程中，在停泵接单根时，孔口有少量钻进液返出，此时D6-1#孔钻进至1000m深度，出现明显的卡钻现象和钻井液漏失现象，当D6-1#孔停止钻进时，D2-3#孔口返钻井液现象消失。
⑵D2-5#孔与D6-1-1#孔
D2-5#孔钻进至1165m，D6-1-1#孔钻进至970m时，D2-5#孔的钻井液从D6-1-1#孔孔口返出，且两孔测水位时，同时灌满至孔口，两孔水位下降速率基本相同，观测6小时后，水位标高均在-50m附近。
⑶D2-7#孔与D6-2#孔
D2-7#孔钻进至870m时，D6-2#孔正在注浆，水泥浆液从D2-7#孔孔口返出，且返出流量较大。
⑷D2-7#孔与D6-2-1#孔
7月4日，D2-7#孔正常钻进时发生埋钻事故，开始处理时采取高压返浆技术，对孔内冲入高压水流，带出孔内岩粉。7月5日，D6-2-1#孔施工至910m时，发生埋钻事故，且D2-7#孔内高压冲入的泥浆从D6-2-1#孔孔口返出。
2.6岩芯和测井
陷落柱内岩层经过错动和扰动后，其岩性和胶结度都会发生一定程度的变化，且越靠近奥陶系灰岩，其岩性越破碎，根据岩芯的岩性、胶结度和破碎程度可作为陷落柱判断的参考依据。
⑴岩芯：为探查陷落柱的顶界面，施工了Z1孔，从10煤底板下40m至四灰进行了全段取芯，在二灰底板至三灰间岩层出现了明显异常，735-737m处岩芯为破碎的泥岩块，硬度较低，其上下岩层均较为正常，且黄泥块上部岩芯中夹杂有明显的黄铁矿。
Z2孔取芯至二灰底板时同样遇到破碎的泥岩块，强度较低，取芯率也较低，且其间夹有明显的水泥浆凝固体。
⑵测井：Z1施工至三灰底板后进行了测井，测井曲线显示二灰至三灰间岩层出现明显的异常。
2.7钻井事故
陷落柱内岩层经过错动和扰动后，其岩性和胶结度都会发生一定程度的变化，其明显特征为柱体内岩性较破碎或裂隙较多，钻进时易发生孔内事故。
钻进过程中明显的钻孔孔内事故有以下几次：
综合钻探情况、水位、串浆、岩芯和录井资料等多种资料，判定此区域发育一陷落柱构造，命名为桃园3#陷落柱。
3.陷落柱发育参数
为查清陷落柱参数，在原有D2#、D6#钻孔的基础上增加了2个地面探查钻孔和变更1个瓦斯抽放孔来控制陷落柱的准确边界和发育高度。
通过Z1、Z2孔的岩芯和测井资料来看，二灰及以上地层层序及间距正常，岩芯完整，二灰底板下泥岩出现离层，泥化明显，岩芯破碎，泥化物中含有角砾，且夹有黄铁矿，另外Z2孔二灰底板下出现有水泥注层。三灰和四灰底板下泥岩未见离层和泥化现象，判断陷落柱的发育顶界为二灰底板。
通过钻井液漏失情况、Ⅱ1026风巷破坏情况、Ⅱ1026-3瓦斯孔层位等多种技术手段，基本确定了陷落柱的边界，如图1中红色圈所示。
综合以上资料，圈定出陷落柱的边界、高度，陷落柱在三灰岩层内为一个长轴近东西向，长度约290m，短轴近南北向，长度约200m的近椭圆体，发育顶界为二灰底板。
作者简介：
聂锋（1984--），男，湖北枣阳人，2007年毕业于太原理工大学，工程师，现在淮北矿业集团通防地测部从事防治水工作。
论文作者:聂锋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：岩层论文; 水位论文; 漏失论文; 钻孔论文; 采区论文; 底板论文; 裂隙论文; 《基层建设》2018年第25期论文;