封孔法在煤田地质钻探中的应用探析

许和奇

摘要：煤田勘探工程中孔封闭作为钻孔施工的最后环节，其施工质量关系着未来整个矿井能否安全生产，因此封闭质量至关重要。文章笔者结合自身工作经验，简述钻探施工中钻孔封闭施工的各项要点， 仅供参考。

关键词：煤田钻探；封孔

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、封孔的目的

未经钻探施工的岩、煤层，即不会与大气接触，也不会使它们之间互相连通。在煤田勘探中经过钻探施工之后，情况就发生了根本变化。每个钻孔所穿过的不同岩层、煤层就会互相串通起来形成一根根注水管道，如不及时进行封闭，将来矿井开采时，地下水和地面水就会通过钻孔注入井下、造成淹没矿井的严重事故。封孔的主要目的，就是采用砂浆封闭钻孔，从而起到止水的目的。因此，对勘探区施工钻孔都必须认真地进行封闭。钻孔封闭质量的好坏，直接关系着今后矿井的安全生产。

二、封孔的要求

根据本煤田地质地层情况，煤田地质队的经验和对正在开发的矿井进行考察，由地质技术人员提出以下封孔要求；封闭孔段：自孔底向上封第一煤层以上的30~50m；封闭方式：多为基岩孔段全封闭。当煤田之间﹥80m 或复盖层底部分距第一层煤﹥100m 者，可以段封闭各煤组和复盖层底部。分段封闭时要求稳妥可靠；封孔村料：325 ＃以上的不变质，不失效的硅酸盐水泥。水泥和细砂比例为1：1；孔口封闭2 米，并埋设标志桩。

三、封孔材料及其用量计算

（1）钻孔竣工电测后由地质技术人员下达封孔设计书，技术人员按设计要求确定封孔方法，计算封孔材料数；供应部门按要求向机场派送质量合格，数量足够的封孔料，机台按设计

及操作要求进行封孔。

（2）封孔材料用量的计算。采用的砂浆配比是水泥：砂：水=1：1：o.7；根据钻孔孔径和设计封闭长度计算出封孔需要量，并追加5％的耗损量。

①封闭段距实际需要的砂浆重量：QI=0.785D2KLV（kg）

D——标准孔径，mm；

K——超径系数取1.2—1.3；

L——封闭段距长度，m；

V——砂浆相对密度取1.94.

②所需水泥的重量： 式中N1、

N2、N3——水泥、砂子、水比例系数。

③所需细砂子的重量：

④所需水的重量：

（3）对设备和钻具进行一次认真检查；确保泥浆泵工作，管线和钻具畅通，接头处密封良好。

（4）设计分段封闭的钻孔，要事先在预定孔段用草把或丝架桥，同时投入一定量的碎石、黄泥填实，使架桥稳妥可靠液浆不致流失。

（5）劳动组织。参加封孔人员，在机长或工程技术人员统一指挥下，要事先明确分工，以便在封孔时各负其责，有条有序。

四、封孔工艺过程

（1）在准备工作完毕后，即行下钻进行封孔，如果下钻遇阻，则应采取有效措施（如扫孔、调整泥浆性能、冲洗等），使孔内畅通无阻。下钻时一定要去掉粗径钻具和钻铤、只下钻杆。这样的好处是可以减少出现事故的机率，减少灌注时水泥桨的流动阻力，上钻时抽吸作用较小。

钻具一定要下到封闭孔段，距离底部不得超过0.5 米的地方。禁止中途灌不能依靠其比重大而下行，导致下部分孔段不能封闭。经过透孔检查，实际也正是如此。如有一钻孔，终孔孔深为428.43 米。实际封闭到411.57 米。其下为放空孔段。分析其原因。就是由于封闭孔钻具没有下到孔底所致。

（2）封孔钻具下完后，用粘度为18 秒的稀泥浆进行替浆洗孔，洗孔是应兼顾复盖孔段的护孔问题。

（3）配制水泥砂浆：

水泥砂浆配比：水泥：细砂：清水=1：1：0.6 此配比经过地表试验，可泵性符合要求，凝固良好。砂浆比重1.95-2.05；现场配浆要求严格控制水灰比。如在某孔封闭时就是按照此配制水泥的。候凝20 天后下钻透孔检查。取出水泥芯凝固良好。强度相当于4-5 级岩石。水泥芯中，砂粒分布均匀。分选不明显。而在另一钻孔，由于机台计算错误，没有严格控制水灰比（水灰达0.7-0.75）该孔砂料候凝后，分选较为明显。

配浆方法：先计算好的配浆清水注入加入器内（严禁随意添加配浆水），然后逐包地加入水泥，并搅拌均匀。最后边搅拌边徐徐加入细砂，使其均匀。搅拌方法可用人搅拌或用喷枪进行搅拌。强调一次配浆完毕，以便作到一次灌完。避免多次配浆，多次灌注。某孔就是一次性配浆灌完毕，该孔径经候凝20 天后进行全孔透检，从透检物取出的水泥芯来看，在115 米的封闭孔段中，上下凝固良好，无间断放空现象。而在另一钻孔，由于两次的配浆，两次灌注，封闭的孔段中途出现凝固间断的16 米。另一钻孔也是由于于多次配浆，多点灌注从而造成外凝固间断。

压水替浆：灌注完毕后，不得提动钻具，应立即将莲蓬头放入替水箱（池）中，开泵替浆，同时开慢车转动钻具，特别强调定量替浆，禁止估时替浆。这道程序是灌注成败的关键环节。替浆少量，会导致大量水泥列留在钻杆中控内，替浆量多，又会把水泥砂推出设计封闭孔段，甚至排出孔外。如某孔设计封闭133 米，封闭时用水泥1500 公斤，但经过透孔检查，发现实际封闭孔段仅7 米。分析其原因：我们认为该孔在封孔过程中：一是钻杆没下到孔底（见前述）二是灌完浆并中途提起钻具20 余米（两立根）；三是最后一次灌注完毕，没有定量替浆。而是把替浆和清洗钻具合并一次进行。清洗时间过长，从而水泥砂浆导致失败。

清洗钻具：替浆完毕即可用低速度升钻钻具，这样可减弱抽吸作用，待钻具提出设计封闭段30 米后，方可开泵清洗钻具。

五、封孔施工组织措施

（1）编制封孔设计书。钻孔经测井后，地质技术人员按照钻探与测井确定的煤层厚度，对各可采煤层、断层破碎带等地质设计要求的封闭层段提出所要封闭地层厚度，编制封孔设

计书。

（2）材料规格和操作措施。由钻探技术人员根据测井提供的钻孔孔径资料，进行封孔所需材料数量计算，并提出具体材料规格要求和操作措施，然后经项目技术负责审核交钻机机长执行。

（3）加强监督指导，做好封孔记录。对有特殊封孔层段要求的钻孔，钻探技术人员到现场进行监督和技术指导，由钻机机长统一指挥，记录员认真记录封孔全过程的每道工序、冲孔

情况、封闭煤层编号、起止深度、送水泥砂浆下入钻具深度、架桥方法、实际用料情况和检查捞样等。

（4）对封孔评价。封孔结束后要进行封闭质量评价，并由机长、班长审查签字，保证封孔质量达到设计要求。

六、注意事项

（1）封孔下钻前，要对泥浆泵进行全面检查：运转是否正常；管路、钻杆是否畅通；各种接头密封是否良好；有无漏水现象。在现场空地挖2 个足够大坑或铁水箱，以储备打好的水泥砂浆和顶替水。

（2）钻孔封闭尽可能在白天进行，机长在现场统一指挥，人员分工明确，各负其责，有序不乱。

（3）下入孔内的钻具必须经过丈量，并详细记录。钻具一定要下入所封闭段，距离孔底不得超过1.Om，最好为0.6m。开泵冲洗钻孔，直至孔口返上合格冲洗液即可封孔。

（4）在配制砂浆时，要严格按封孔设计进行，在计算好的水中，逐次加入水泥搅拌均匀，再加沙，并搅拌均匀。

（5）采用钻杆泵入法注入水泥砂浆，注入过程中，钻机、水龙头、泥浆泵等必须由专人负责看管。可边灌入边缓慢提动钻具，但不能提离水泥砂浆面，连续进行封孔，至达到封闭位

置。

（6）捞取灰浆样，必须在设计封闭界面下5.Om 取上灰浆样，经技术人员检查合格，封孔结束。

（7）设计有分段封孔时，按设计要求，把架桥草把下入设计位置，同时能托住钻具，保证所下草把稳妥可靠，准确记录下草把位置。

七、结束语

综上所述，为了确保封孔质量，有必要成立封孔技术指导小组，指导、监督钻机按封孔设计进行封孔工作，解决封孔工作中的疑难同题。总结封孔经验，改进封孔工艺，提高封孔质量。