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受奥灰承压水威胁的3号煤层开采陷落柱导水性研究
钻探施工技术设计
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二○二○年四月二十八日
目 录
1、概况 .................................................. 1 2、钻探施工目的和任务 .................................... 1 3、地质目的要求 .......................................... 2 4、钻孔的技术要求 ........................................ 2 5、钻孔施工技术要求 ...................................... 5 6、附图（钻孔结构） ...................................... 6
钻探施工技术设计
1、概况
X5陷落柱是**煤矿已知的最大的一个陷落柱，长轴约300 m，短轴约75 m，30107工作面皮带巷已揭露，向面内延伸30~40 m。**煤矿井田内奥灰水水位标高在+636.87～+644.05 m之间，30107工作面煤层底板标高最小值为430m，X5陷落柱对应3煤底板标高是430~470m，因此，30107工作面为受奥灰承压水强烈威胁的工作面。鉴于此，以30107工作面X5陷落柱为研究对象，开展钻探施工设计。本次设计为初步方案，根据物探成果中的异常区域（3#煤顶板含水层、陷落柱等），在具体优化钻孔施工方案。 2、钻探施工目的和任务
（1）目的
探查X5陷落柱内部结构、含导水性、边界范围及取岩石样本工作。 （2）任务
结合地球物理勘探、物理特性探测、陷落柱柱体活化特性及岩石力学性质试验，完成如下任务：
1）通过取岩芯查明陷落柱柱体结构构造和物质组成等宏观地质特征。 2）查明钻探控制范围内的柱体边界。
3）查明陷落柱构造含水性、与下伏奥灰和太原组灰岩的发育关系及水力联系。
4）采取岩样为实验室提供进行岩石物理力学性质试验的样本。
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3、地质目的要求
（1）本孔为工程探测孔，采用全取芯钻探方法，终孔后进行钻孔电视和钻孔地质雷达探测，探查X5陷落柱内部结构、含导水性、边界范围及取岩石样本工作，终孔深度100m。
（2）考虑到陷落柱岩体结构比较破碎，岩芯直径不宜小于75mm，一般岩层岩芯采取率≥80%,破碎岩层岩芯采取率≥65%，岩芯取出后按顺序摆放，不得颠倒，每个回次进尺填写岩芯小票。
（3）每5m取1组样，每组样3块，每1块长度不小于15mm；样品用塑料袋包裹，贴好标签，透明胶带缠绕密封保存。
（4）在标有“△”丈量钻具全长并合理平差。
（5）严格控制孔斜，孔深100m的斜孔斜度不得偏离设计斜度3°. （6）简易水文观测。遇漏水段及时记录漏水深度、消耗量及近似稳定水位；遇涌水段应及时记录涌水深度、涌水量、水压、水温，取全分析水样。
（7）钻孔封闭。完成钻孔电视和钻孔地质雷达探测后，经项目组确认后可以进行封孔，按水：灰=0.6:1进行全封闭。孔口留取灰浆样用于评价封闭质量。
（8）原始记录应按统一格式由记录员在现场随钻进及测试工作进行，要做到真实、齐全、准确、整洁，终孔后，原始记录经由机班长和地质员校准签字后归档。 4、钻孔的技术要求
1、钻孔布置
施工地点为30107工作面皮带运输巷。共设计2个钻窝，10个钻孔，钻
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窝及钻孔平面位置见图1所示，剖面图见图2所示。
图1 钻孔设计平面图
图2 钻探工程剖面图
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2、钻孔技术参数 钻孔方位及倾角见表1。
表1 钻孔技术参数一览表 钻窝 孔号 巷道名称 方位角 倾角 钻探位置 钻探深度（m） 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 备注 1-1 1-2 钻窝1 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 钻窝2 2-3 2-4 2-5 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 30107回风顺槽 243º 211º 193º 189º 170º 270 º 288 º 315 º 327 º 12 º -15º 陷落柱揭露点前方22m -25º 陷落柱揭露点前方22m -15º 陷落柱揭露点前方22m 65º 陷落柱揭露点前方22m 取芯 取芯 取芯 -15º 陷落柱揭露点前方22m -15º 穿过陷落柱后前方22m 30º 穿过陷落柱后前方22m -15º 穿过陷落柱后前方22m 30º 65º 穿过陷落柱后前方22m 穿过陷落柱后前方22m
3、钻孔结构与套管结构
表2 钻孔与套管结构 回次 一开 二开 井径及深度 井径(mm) 127 91 深度(m) 15.5 100 套管直径及下入深度 直径(mm) 108 裸孔 下入深度(m) 15.5 4、预计孔内水压
根据矿井水文地质资料，奥灰水水位标高为651.33m，太原组石灰岩水位标高为821.63m，施工地点的煤层底板标高最小值为430m，因此施工地点奥灰水压力为2.2MPa，按照孔口压力的2.5-3倍计算，确定钻孔孔口耐压试验压力不小于6MPa。
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5、钻孔施工技术要求
（1）施工技术要求
1）施工单位要按设计进行施工，钻探与设计出入较大或遇钻孔发生事故时及时通知地测部，以便及时调整或变更设计。
2）取芯时取芯率不得低于规程要求。
3）在钻探过程中，要做好判层工作，详细记录岩性变化情况。 4）止水套管安装后凝固48小时（采用先进可靠的封孔技术固定止水套管除外），并按规程进行注水耐压试验，试验压力达到孔口水压的2.5-3倍，持续时间30min。达到设计要求后可恢复钻进。钻探施工时，必须安装孔口阀门、高压防喷装置和高精度压力表（0.4级），并备好钻孔所需的各种管材、备用件等。下套管及试压时及时通知地测部。
5）其它技术措施由钻探施工单位编制，并认真贯彻执行。 （2）施工顺序
1）Ф89mm取芯钻头开孔至孔深15.5m，取芯装箱记录。
2）Ф127mm扩孔钻头扩至孔深15.5m，下入Ф108mm套管（壁厚15mm），并进行壁后注浆。
3）Ф89mm取芯钻头钻进至设计深度100m，取芯装箱记录。 （3）施工设备及材料
钻机选用TXU-150钻机，钻头为φ127㎜扩孔钻头、φ89㎜中空合金钢钻头，钻杆为φ75㎜钻机专用钻杆，NBB 250/60泥浆泵，φ108㎜壁厚15mm孔口管，封孔水泥等。
（4）孔口管结构
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孔口管采用无缝钢管，上口焊接法兰盘，采用两套闸阀控水，正常钻进主要开闭外闸阀，内闸阀留作备用，一旦外部失效，关闭内部闸阀，更换外部闸阀。沿管外壁按间隔300mm螺旋形焊接6.5mm圆钢，管口加工两个锚杆固定孔。
6、附图（钻孔结构）
钻孔结构示意图
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