复杂地层煤炭资源勘查绳索取芯钻探技术应用与绿色勘查实践研究.pdf
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1、2023年第9期西部探矿工程*收稿日期:2022-09-20作者简介:王红(1987-),男(汉族),云南华宁人,工程师,现从事钻探技术工作。复杂地层煤炭资源勘查绳索取芯钻探技术应用与绿色勘查实践研究王红*(贵州省煤田地质局水源队,贵州 贵阳 550081)摘要:针对我国深部煤炭资源现状及深部煤田勘查所面临的困难和挑战,以复杂地层煤炭资源勘查为例,结合深部煤炭资源勘查工程的钻孔布置、钻孔设备选型、钻孔事故预防等方面,探讨绳索取芯钻探技术应用要点与效果,并对钻探工作结束后需要进行的绿色恢复(绿色勘查理念)进行实践研究分析。结论表明:绳索取芯钻探技术在深部煤炭资源勘查中具有独特的优势,保证绿色勘查
2、的实施,可以做到对环境影响控制在最小化、控制和减少对原环境的扰动和损坏、达到保护环境、生物修复一体化建设。关键词:煤炭资源;绳索取芯;钻探技术;绿色勘查中图分类号:P634.5 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)09-0037-05资源开采利用的历史过程都是从人员集中地开始,资源开采均由近至远,由浅至深,由容易到困难,由简单到复杂的过程。煤炭资源开采利用亦遵循这样的原则,在浅层和易采煤炭资源即将告罄的今天,深部煤炭资源的勘查和开采工作已经提上了议事日程。以贵州省2021年全省重点矿产资源大精查工作而言,深部煤炭资源勘查工作已经受到省政府、省自然资源厅高度重视,最大勘查深度
3、已经超过1300m。1研究区地理位置及交通概况1.1地理位置研究区行政区划隶属贵州省六盘水市盘州市鸡场坪镇和淤泥乡,位于盘州市北部,距市政府驻地红果新城约52km,北起余家沟绵羊坡大沟边一带,南至箐龙湾大槽子杞山林一带,西起磨石沟,东至梨材林,东西长约5.00km,南北宽约0.90km,研究区面积为4.5368km2。盘州市内沪昆高速公路G60镇胜段、G320国道、S314省道、S317省道、S217省道、S318省道横穿东西,S77水盘兴高速公路、G246国道、S218省道、S314省道纵贯南北。1.2交通概况研究区距G60沪昆高速公路30km,距S77水盘兴高速公路10km,距G246国道
4、3km,“五横四纵一环线”公路网和100min县域经济圈基本建成。沪昆高铁、贵昆铁路盘西支线、威红铁路、水红铁路在红果交汇,盘兴高铁正在建设,勘查区距红果火车站约50km。勘查区距离鸡场坪镇约5km,有镇村简易公路相连,基本形成了村村通、组组通的交通网络。交通十分便利。2研究区区域地质概况2.1地层特征研究区出露的地层有:泥盆系中、上统、石炭系、二叠系、三叠系、第三系及第四系。缺失地层:上三叠统上部、侏罗系及白垩系。研究区地层分布复杂且岩性多变,成为引发煤炭资源钻探事故发生的决定性因素。2.2煤层特征研究区内的含煤地层为二叠系上统龙潭组(P3l)和二叠系上统峨眉山玄武岩组(P3)第二段,其中龙
5、潭组(P3l):地层厚309.65360.22m,平均341.0m。含煤4766层。含煤总厚3747m,含煤系数12%。含可采煤层17层,可采总厚23.86,可采含煤系数7.1%。可采煤层主要分布在含煤地层上段和中段的上部、下段的下部。煤组上段的可采煤层为薄中厚层,结构一般较简单,煤层厚度及其间距多数比较稳定;这段可采煤层为中厚煤层,结构较简单较复杂,煤层厚度及其间距有一定变化;下段可采煤层多为薄煤层,结构复杂,煤层间距比较稳定、而煤层厚度变化较大。二叠系上统峨眉山玄武岩组(P3)第二段:根据邻区松河井田资372023年第9期西部探矿工程料,此组厚4.5039.00m,平均16.60m。含煤0
6、7层,煤层厚度有一定变化,结构较复杂。2.3区域构造特征区域构造整体上位于羌塘扬子华南板块(一级分区,)扬子陆块(二级分区,-4)上扬子地块(三级分区,-4-1)威宁隆起区(四级分区,-4-1-1)威宁穹盆构造变形区(五级分区),控制本勘查区的北西向土城向斜(与之平行同时同组形成的还有如白央坪背斜、照子河向斜等),走向北西60,其往西北延伸渐转向北,有复合于南北向构造带上之势;往东延伸则往南又往北东,转了一个大弯再往北翘起。显然是威宁穹盆构造变形带影响的结果,也是影响后期煤炭资源钻探深度的主要因素。3复杂地层煤炭资源勘查绳索取芯钻探技术选用原理纵观我国煤矿行业发展,煤炭资源开采属于重要问题,难
7、度比一般的工程要高,同时开采实施的过程中还要结合复杂多变的地质环境。因此,进行煤炭地质勘探工作实施的过程中会遇到各种问题,最为严重的就是深孔钻探。所以说在煤炭地质钻探过程中对于选用合理钻探技术的研究是极为重要的。绳索取芯是当前岩芯钻探中最普遍的钻进方法之一,这是在钻进过程中,当岩芯管装满岩芯或岩芯堵塞时,不需要把孔内钻杆提出地表,只需要钢丝绳连接专用打捞工具,就可以把内岩芯管从钻孔柱内取出。可以减少对孔壁的扰动,有利于孔内安全和快速钻穿复杂地层。因此绳索取芯钻探技术具有操作简单、钻进效率高、劳动强度低、岩芯采取率高、具有较好的稳定性等优点,适合深部煤炭资源勘查工作的开展。结合研究区地层分布复杂
8、且岩性多变、煤层厚度及结构较复杂,区域构造较复杂的特征,在研究区煤炭资源勘查项目中使用绳索取芯钻探技术合理,能满足项目开展需求。4复杂地层煤炭资源勘查技术应用4.1钻孔布置充分利用已有勘查线及钻孔资料,坚持一孔多用,兼顾施工条件,在满足规范要求的前提下,合理地确定终孔层位,减少钻探工作量,本次收集利用了附近的煤层气钻孔,以此为基础按照垂直地层走向的原则布设勘查线,以此勘查线为基线按基本线距和孔距向勘查区两边分别布置工作量。按勘查线垂直地层走向,由北往南、由西向东在勘查线18线上布置钻孔9个,初步设计总进尺9980m,研究区深部煤炭资源勘探设计钻孔设计见表1。4.2钻孔设备选型研究区计划投入8台
9、套钻机设备,其中4号钻机完成2孔(101孔、501孔)钻探施工,设备经过专家论证,选用的设备满足经济性、安全性要求,根据钻探工程布置情况及布置的钻孔深度分布情况,本次勘查尽可能采用可拆卸的模块化工器具,本工程拟采用的钻机装备为XY-44、XY-5机型。勘查钻机主要设备见表2。表1研究区深部煤炭资源勘探设计钻孔一览表序号123456789合计孔号101301302401501502601602801开孔层位T2gT2gT2gT1yn2T1yn1T1yn2T1yn2T2gT2g终孔层位18号煤层下15m(P3l)P318号煤层下15m(P3l)孔深(m)1235115012701015890955
10、1180117011159980表2钻机主要设备表钻孔编号101301302401501502601602801钻机编号412345678钻机规格型号XY-44HXY-44AHXY-6BHXY-5AXY-44HXY-44HHXY-6AHXY-5AXY-44H泥浆泵BW-250BW-250BW-320BW-250BW-320BW-250BW-320BW-250BW-250发电机(kW)242030242424242024副绞车JSJ-3000S56J-1JSJ-3000S56J-1S56J-1JSJ-3000S56J-1JSJ-3000JSJ-3000钻塔SG-18SG-18SG-18SG-18
11、SG-18SG-18SG-23SG-18SG-18抽水情况100m扬程(两级站)120m扬程RS-150100m扬程直接从上游引水30m扬程潜水泵(临近河沟)RS-150RS-150RS-150382023年第9期西部探矿工程4.3钻探事故预防安全钻进及预防事故的意义在煤田地质钻探施工过程中常常会遇到一些水敏性强的岩层,裂隙、岩溶、断层、松散易坍塌的岩层,以及第四纪冲积层等复杂地层。处理深部煤炭资源勘查钻探事故尤其重要,孔内事故一旦发生,就要积极采取处理措施,力争尽快排除,迅速恢复正常钻进。尽管岩层条件多样化,孔内情况各异,孔内事故的种类繁杂,事故性质和具体情况错综复杂,处理方式不同,但处理事
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