关键词：三维地震；疑似陷落柱；探查；含导水性；停止开采区
1 引言
2014年3月由中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院提交的《谢桥矿东翼采区东风井精细三维地震勘探报告》解释东翼采区发育3#、5#疑似陷落柱，位于1煤层浅部区域，3#、5#疑似陷落柱是否为陷落柱，是否含导水以及其影响范围等情况，直接关系到矿井东二1煤开采布局。因此需提前查明3、5#疑似陷落柱性质及在1煤层、石炭系灰岩地层顶部等平面分布范围、剖面形态、边界位置及含导水性，评价3、5#疑似陷落柱对东二1煤层开采的安全影响程度，提出开采中安全防范技术措施。
2 3#、5#疑似陷落柱概况
3#疑似陷落柱：位于测区中北部，该疑似陷落柱在煤层中的平面形态近于椭圆形，长轴为NNW方向，长轴直径为124m，短轴直径为86m，向上断陷至新生界下10m左右，向下断陷至寒灰，深度约306m。在所抽取的时间剖面上，共解释断陷点11个，属明显疑似陷落柱[1]。
5#疑似陷落柱：位于测区中东部(1719孔附近)，该疑似陷落柱在煤层中的平面形态近于椭圆形，长轴为NNW方向，长轴直径为81m，短轴直径为55m，向上断陷至新生界下约10m左右，向下断陷至奥灰。在所抽取的时间剖面上，共解释断陷点8个，属明显疑似陷落柱[1]。
3 3#、5#疑似陷落柱探查方案
探查范围位于东二1煤采区，以3、5#疑似陷落柱范围及周边为重点。3#疑似陷落柱探查地面钻孔设计布置3个，探Ⅲ1孔位于3#疑似陷落柱中心，探Ⅲ2、探Ⅲ3分别位于该疑似陷落柱的东侧和南侧，钻探工程量为2030m。5#疑似陷落柱探查设计布置地面钻孔4个，探Ⅴ1孔位于5#疑似陷落柱内部，探Ⅴ2、探Ⅴ3、探Ⅴ4分别位于该疑似陷落柱的东侧、南侧、北侧，钻探工程量为2800m。
4、施工主要技术要求
4.1 终孔层位：所有钻孔终孔层位均为见寒灰10m。
4.2 取芯：探Ⅲ2、探Ⅴ2孔全孔取芯，其他各孔从基岩面以上50m开始至终孔全取芯钻进。
4.3 钻孔结构：
1）探Ⅲ1、探Ⅲ3、探Ⅴ2、探Ⅴ3、探Ⅴ4孔开孔至基岩面以下稳定岩层，孔径Φ216mm，下置Φ180×8mm套管；Φ180×8mm套管底口至C31灰顶，孔径Φ152mm，孔口至C31灰顶下置Φ127×5.59mm石油套管；C31灰顶至终孔，孔径Φ91mm[2] 。
2）探Ⅲ2孔开孔至基岩面以下稳定岩层，孔径Φ216mm，下置Φ180×8mm套管；Φ180×8mm套管底口至奥灰顶，孔径Φ152mm，孔口至奥灰顶下置Φ127×5.59mm石油套管；奥灰顶至终孔，孔径Φ91mm[2]。
3）探Ⅴ1孔开孔至1煤顶板砂岩顶，孔径Φ216mm，下置Φ180×8mm套管；Φ180×8mm套管底口至C31灰顶，孔径Φ152mm，孔口至C31灰顶下置Φ127×5.59mm石油套管；C31灰顶至终孔，孔径Φ91mm[2]。
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探Ⅲ1、探Ⅲ2孔如探查确认3#疑似陷落柱为陷落柱，则取消留作长观孔。如探查确认非陷落柱，探Ⅲ1孔对C34灰至孔底采用水泥浆全封闭，留作C3I灰长观孔；探Ⅲ2孔留作奥灰长观孔。
5 探查研究工程实施情况
自2016年12月15日开工，2017年10月4日完成全部钻探工程，共施工钻孔4个。总钻探进尺2592.17m，常规测井2386m，测斜2404m，井温测井1911m，抽水试验7次，共采集水样7个，力学样6组。探查工程先后施工了探Ⅲ1、探Ⅲ2、探Ⅴ1、探Ⅴ2孔，根据各钻孔的实际揭露情况，研究认为3#疑似陷落柱为一发育于1煤顶底板的断层带，5#疑似陷落柱为发育于新地层形成之前的陷落柱。施工的4个钻孔达到探查目的，其余钻孔不再施工。其中对3#疑似陷落柱施工了探查钻孔2个，分别位于3#疑似陷落柱中心及其北侧，钻探工程量为1292m。5#疑似陷落柱施工探查钻孔2个，分别位于5#疑似陷落柱内部，及其南侧，钻探工程量为1300.17m。
6 探查研究主要成果
6.1 确定3#疑似陷落柱为断层带及其形态特征
通过对3#疑似陷落柱地面施工的探Ⅲ1孔、探Ⅲ2孔揭露地层层位清晰，断层带岩性特征明显，破碎带上、下地层层序基本正常，破碎带泥浆消耗量不大，所取岩心呈糜棱状，太灰和奥灰底界正常，奥灰地层岩心完整，厚度正常，据探Ⅲ1、探Ⅲ2孔太灰和奥灰混合抽水试验，q值0.202～0.821L/(s.m)，富水性中等，K值0.27～0.77m/d，水位标高-0.81～-2.91m，水温36～37℃，矿化度2.570～2.714g/L，水质类型Cl-K+Na，综合判定3#疑似陷落柱为导水断层带（Fz1、Fz2）。由Fz1逆断层和Fz2正断层组成。Fz1∠50-60°H=40m，倾向S40°W，浅部至1煤露头，深部至-570m左右尖灭；Fz2∠65-75°H=30m，倾向S40°W，浅部至1煤露头，深部至-560m左右尖灭。
6.2 确定5#疑似陷落柱为5#陷落柱及其形态特征
地面施工的探V1孔基岩面比周边钻孔深100余米，基岩段岩性混杂，层位不清，岩层倾角差异大，泥浆消耗量巨大，通道无法封堵。结合附近钻孔和三维地震资料，且探V1孔已进入陷落柱腔体。探V1孔416.00m以上地层与相邻探V2孔414.00m以上地层岩性、层位基本相同，416.00～526.40m以砾石、砂质粘土、粘土为主。据探V2孔C3Ⅰ灰、太灰、太奥3次抽水试验，q值0.00000036～0.000195L/(s.m)，富水性弱，K值0.00000103～0.0000825m/d，水位标高-2.82～-23.67m，水温26℃，矿化度0.304～0.904g/L。综合分析确定5#疑似陷落柱为陷落柱，为发育于新地层形成之前，推断该处可能为一隐伏的古天坑。结合《谢桥矿东翼采区东风井精细三维地震勘探报告》及本次钻探资料分析，5#陷落柱位于1719孔附近，在煤层中的平面形态近于椭圆形，长轴为NNW方向，长轴直径为81m，短轴直径为55m，顶部发育至新地层底界。
7 探查研究意义
通过对3#、5#疑似陷落柱的地面探查，探明了3#、5#疑似陷落柱性质及及其形态特征，以及周边的水文地质条件，确定了3#疑似陷落柱为导水断层带，5#疑似陷落柱为陷落柱，并在其影响区基础上划分了1煤层停止开采区，本次探查成果为以后矿井东二1煤层采场规划布局提供了技术支撑，以及对分析三维地震解释的隐伏构造有了新的认识，尤其是加强了今后对1煤底板灰岩导水通道及水文地质条件开展探查工作的必要性。
参考文献：
[1] 谢桥矿东翼采区东风井精细三维地震勘探报告.编制单位：中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，2014.3
[2] 谢桥矿东二A1煤层采区灰岩水文地质条件补勘工程地面钻孔施工组织设计.编制单位：淮南矿业集团地质勘探工程处，2016.11
[3] 谢桥矿东二采区A1煤层采区灰岩水文地质条件补勘报告.编制单位：安徽省煤田地质局第三勘探队，2017.12
论文作者:张刚
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
标签：钻孔论文; 煤层论文; 采区论文; 孔径论文; 套管论文; 断层论文; 地层论文; 《科学与技术》2019年19期论文;