海拉尔盆地抽水试验止水方法的探究

　　摘要：抽水试验是煤炭资源水文地质勘查的重要手段，止水可靠性直接关系到抽水试验的效果及成败，本文结合海拉尔盆地含煤地层的特点，探究适合其地层特征的止水方法。
　　关键词：抽水试验，止水方法，海拉尔，软岩
　　1前言
　　抽水试验是煤炭资源地质勘查的重要手段，其目的是研究含水层重要水文地质特征，取得含水层水文地质参数，评价含水层的富水性，并为预计矿井涌水量与对地下水综合利用的评价提供资料［1］。止水是抽水试验的一个重要环节，止水的目的是为了隔离钻孔所贯穿的透水层或漏水带，封闭有害的和不用的含水层，进行分层观察和抽水试验，取得不同含水层（组）的水文地质资料［2］。止水效果如何，直接关系到抽水试验的质量和观测(地下水动态—水位、水量、水温、水质)资料的准确性，直接影响着煤炭资源地质勘查的经济效益。止水方法选择的恰当与否，决定了止水效果的可靠性，因此根据不同的岩层特征选择适合的止水方法就显得尤为重要了。
　　2常用止水方法
　　水文地质钻探经过尽几十年的生产实践，积累了丰富的止水方面的经验，止水方法多种多样，分类划分的依据也不尽相同。根据止水材料可分为：海带止水、粘土止水、桐油止水、沥青止水及橡胶止水等；根据止水器的不同可分为：支撑管式止水器、提拉压缩式止水器、胶囊止水器及托盘止水器等；根据水文钻孔止水位置的孔径可分为：同径止水和异径止水。每种止水方法的止水原理不尽相同，都有自己的优缺点及适应条件，应根据实际情况合理选择。
　　3海拉尔盆地赋煤地层特征
　　海拉尔盆地为海西褶皱基底上发育的晚中生代—古近纪断-坳陷盆地，控制盆地的边界断裂主要为北东向和北北东向，形成于早白垩世，之后经受了多期反转。盆地的沉积地层从下往上依次为：下侏罗统的布达特群、东宫组；上侏罗统的兴安岭群；下白垩统的铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组和伊敏组；上白垩统的青元岗组及上新统的呼查山组。煤层主要发育在南屯组上段、大磨拐河组上段和伊敏组中，伊敏组煤层的埋深大多不超过1000m，镜质体反射率<0.5%，位于褐煤阶段；大磨拐河组上段煤层埋深大多在1500m以内，镜质体反射率为0.35%～0.7%，为褐煤～气煤；南上段煤层埋深1000～2400m，镜质体反射率介于0.8%～1.5%之间，为气煤～焦煤。可以看出，伊敏组和绝大部分大磨拐河组上段煤在可商业性开发的深度范围内［3］。
　　因此伊敏组和大磨拐河组地层为海拉尔盆地煤炭资源地质勘查的主要目的层。伊敏组地层由灰白色泥岩、粉砂岩、砂岩、炭质泥岩组成，夹砾岩、砂砾岩，含多层煤，为湖沼相沉积。大磨拐河组地层由砂砾岩、砂泥岩及煤层组成，下部以砾岩、砂砾岩为主，夹泥岩、薄层粉砂岩及灰白色凝灰质粗砂岩；中部为灰白或灰黄色砾岩、砂岩、泥岩及煤层；上部为黄灰色凝灰质粗砂岩、砂岩、泥岩互层夹煤线。该组上部以一厚层泥岩为界与上覆伊敏组分开。统计分析盆地内多个勘查区的煤层顶底板物理力学性质，其抗压强度一般小于15MPa，岩石物理力学性质比较差，主要为软—极软岩类岩石。
　　伊敏组及大磨拐河组中煤层的直接充水含水层为煤层及煤层顶底板砂岩、砂砾岩含水层，煤炭资源地质勘查要研究这些含水层的水文地质特征，并通过抽水试验取得含水层水文地质参数，评价含水层的富水性，并预计矿井涌水量。抽水试验的止水层位一般为伊敏组和大磨拐河组中的泥岩及粉砂岩，通过上面叙述可知，止水层位均为层状软岩。
　　4止水方法的选择
　　由于该地区的岩性较松软，胶结程度较差，不能进行裸孔岩层抽水试验，需下井壁管，而该区泥岩局部有缩径情况，这就需要增大井壁管与钻孔之间的间隙来保证井壁管的顺利下放，因此井壁管与孔壁的间隙较大，这就给止水带来了困难，同径止水的可靠性将会大大的降低。
　　内蒙古煤炭地质局231勘探队多年来在海拉尔地区从事煤田水文地质勘查工作，总结多年的经验，探索出一套适合本地区地层特征且行之有效的止水方法，即异径海带、粘泥压盘封闭止水法。
　　止水器结构间右图：
　　止水器由井壁管、固定上盘、滑动托盘及防滑钢箍等几部分组成。在止水器固定上盘与滑动托盘之间的井壁管上用微湿的海带缠绕几层，然后将粘泥搓成鸡蛋粗细的长条将海带包裹起来，外面用细铁丝拢紧固定。
　　在水文地质钻孔的止水位置处钻孔变径，止水位置以上孔径较大，止水位置以下孔径较小，即在止水位置处孔内出现一变径台阶。
　　止水器的工作原理：当止水器下到钻孔变径台阶处，滑动托盘卡到台阶上不能继续下降，井壁管在自身重力的带动下继续下降，造成滑动托盘沿井壁管上升挤压其与固定上盘之间的海带和粘泥，使他们向四周膨胀延伸，将止水器与孔壁之间的环状孔隙挤密充满，这期间内层海带遇水将继续膨胀使封闭效果得到进一步巩固，达到隔离上下含水层的目的。
　　这种止水方法的优点：一方面制作简单，易于操作施工；另一方面能够较好的克服软岩给止水带来的不利影响，使止水效果得到可靠的保证。
　　5实例分析
　　海拉尔盆地中的某煤田含煤地层为白垩下统伊敏组，煤层总厚1.38～47.90m，平均19.28m。主要可采煤层从上之下分别为：1-4号煤层，煤层顶底板以泥岩、粉砂岩为主，次为灰白色细粒砂岩及炭质泥岩，可采面积102.61km2，为全区大部分可采煤层，埋深178.32～611.58m，平均364.12m，可采厚度1.57～5.88m，平均3.95m；2-1号煤层，煤层顶底板以泥岩、粉砂岩为主，次为灰白色细粒砂岩及中粒砂岩，可采面积334.74km2，为全区大部分可采煤层，埋深128.57～719.08m，平均369.72m，可采厚度1.70～13.80m，平均6.08m；2-3号煤层，煤层顶底板以泥岩、粉砂岩为主，次为炭质泥岩及灰白色细粒砂岩，可采面积381.93km2，为全区大部分可采煤层，埋深122.52～841.39m，平均428.67m，可采厚度1.51～14.28m，平均6.54m。
　　为了进一步查明煤田主要可采煤层的水文地质条件，在三个主采煤层中分别布置一个水文地质钻孔进行抽水试验。三个水文地质钻孔编号分别为S4、S2及S3，抽水段管径为114mm，上部120m泵室管径为168mm，钻孔止水位置以上孔径为280mm，止水位置以下孔径为160mm，止水位置均在厚层软泥岩中。止水方法采用异径海带、粘泥压盘封闭止水，止水器规格为固定上盘外径为220mm，滑动托盘外径为200mm，井壁管直径同抽水段为114mm，内缠3层海带，外面用粘泥条裹住，粘泥条厚度不得超过滑动托盘外径。
　　成井过程中，滑动托盘卡到钻孔变径处后，井壁管下沉量分别为（S4）0.80m、（S2）0.95m、（S3）1.20m，均达到较好的挤压止水效果。在洗孔及抽水试验过程中，通过观测井壁管内外水位差法及井壁管外放入荧光红的方法进行止水效果检查，经检查止水效果可靠，其中S4水位差法检查结果如下表：
　　S4号抽水试验孔封闭止水检查表
　

　6结论
　　（1）海拉尔盆地蕴含丰富的煤炭资源，其主要含煤地层为白垩系下统伊敏组及大磨拐河组，顶底板均为层状软岩。
　　（2）理论分析可知，异径海带、粘泥压盘封闭止水法是适合海拉尔盆地岩性特征，制作简单，施工便捷，且行之有效的止水方法。
　　（3）实例进一步证明异径海带、粘泥压盘封闭止水法对海拉尔盆地地层的实用性，在今后这一地区的煤炭水文地质勘查中值得推广使用。
　　参考文献
　　［1］中华人民共和国煤炭工业部.煤炭资源地质勘探抽水试验规程［M］.北京：煤炭工业出版社,1980：1-3.
　　［2］河北省地质局水文地质四大队.水文地质手册［M］.北京：地质出版社,1978：274-280.
　　［3］卢双舫,申家年,王振平,李椿.海拉尔盆地煤层气资源评价及潜力分析［J］.2003,31（6）：28-31.