钻探技术在矿井水文监测中的应用

汪程林

（安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽 安庆 246003）

随着经济的发展，井下水害的频发多与过量开采人类活动有关，是对生态环境破坏的一种表现。为科学合理地开发与利用井下水资源，我们必须重视井下的水文监测。2014年7月国家发改委联合水利部、国土资源部等多部门发布了《国家地下水监测工程项目建议书》，明确了我国井下水文监测网建设目标[1]。钻探技术是井下水文监测中最重要的技术之一，是保障矿山水文监测设备有效运行的前提。钻探技术与钻探工艺的选择直接就决定了监测井的质量。因此，重视钻探技术在井下水文监测中的运用尤为重要。

1 井下水文监测的目的

井下水监测是在一个开采区域内选择具备代表性的泉、井、孔等对地下水的水文情况进行动态监测，为井下水开发和保护提供基础资料。井下水文监测同时也是国土资源部和水利部门重要的职责，水位、水文动态发展趋势是监测的重点，其目的在于防止因矿山生产产生的地面沉降，科学合理的利用地热、浅层低温能源等，为矿山地质保护和水文保护提供相应的决策。同时，利用监测数据客观地评价井下水资源，为优化配置水资源等提供参考。

2 监测井布置与技术

2.1 监测井布置

井下水文监测井的布置需要遵循“重点监测、专项监测”理念，监测井布置需要遵循以下原则：突出性原则。在地质、水文问题突出的区域展开专项监测；统筹性原则。重点考虑矿山开采区域的布局，将水文地质单元和井下水统筹监测；重点性原则。另外井下水监测需要对矿山周围居民生活区域、工业园区、能源基地等进行重点监测，以此保障井下水资源的生态属性。

图1 监测井布置在含水层示意图

2.2 监测井主要技术

监测井是矿山水文监测的载体，其主要技术如下：开孔直径必须小于220mm，利于水文监测设备安装；钻井要求全孔取心，孔深、孔斜严格遵守监测井标准，并且每100m孔斜需要大于1°；钻孔技术选取需要结合地质情况，不同地质选取不同的钻探技术；以钻穿含水层并进入隔水层5m为终孔原则；成井水量必须高于10m3/d；最终监测井钻孔后需洗井，具体洗井情况结合矿区实际情况[2，3]。

3 钻探技术在井下水监测中的运用

钻探及技术是矿山监测井成孔的关键技术，是监测井最基本的施工工艺，钻探技术的选取直接影响着成井的质量和井下水文监测效果。不同的地质环境将采取不同的钻探技术，这样才能确保最终监测效果。

3.1 松散层钻探技术运用

松散层钻探技术主要采取泵吸反循环钻进、正循环回转钻进和冲击钻进三种技术：

泵吸反循环钻进适用于100m以内的松散地质层面监测井使用，钻井直径400mm以内。

地层以第四系粉土、粉细砂和粉质粘土为主。该技术使用时候应该结合钻孔间隙和钻孔深度确定泵压，杜绝钻孔时岩屑和沉渣量进入水泵引发卡钻和埋钻的情形。注意该种技术不适应基岩较硬的监测水井使用，并且具有明确的钻井深度限制。

正循环回转钻进适用于100m～400m之间的松散地质层面监测井使用，地层为第四系粉土、粉细砂和粉质粘土为主。该技术使用时应该严格控制钻速（50r/min～80r/min），做好泥浆粘度、密度、失水量和含沙量控制。具体泵量根据监测井地层、口径和泥浆粘度决定。此种及技术对地层的适应性较好，但是开孔的速度相对较慢，钻探时间较长。

冲击钻进适用于井深50m～100m的卵石层监测井，地层以粗骨粒、碎砂石为主，软硬不均匀，易坍塌，可采用冲击钻进成孔方式，高粘度泥浆护壁，利用捞渣筒捞渣。这种钻探工艺解决了其他钻探工艺在软硬不均匀卵石层钻进困难的问题，但是冲击钻进的深度受限制。

3.2 基岩钻探施工技术运用

基岩钻探施工技术主要包含了空气潜孔锤钻进和回转钻进两种技术，在矿井水文监测钻井中的运用如下：

空气潜孔锤钻进主要运用到井深50m～200m之间的基岩裂缝隙水监测井的运用，最终成孔直径在270mm左右。主要是为了适应完整基岩段无法下管，局部区域的井部岩层容易破碎和掉块的特点。记住无缝金属管和同径桥式滤水管完成监测。该技术主要运用到矿井地层为泥岩、砂岩、石灰岩等岩层相对坚硬的监测井。此种技术破坚能力强、钻进速度快，能够有效地解决岩层破碎掉落的问题。但是其施工成本相对较高，地层破碎程度或者地层较软时的钻进效率不高，对监测井直径和垂直度的控制效果不理想。

回转钻进技术主要运用到井深200m以上的基岩裂缝隙水监测井或者岩溶水监测井上，最终成孔直径与空气潜孔锤钻进技术一致。该地层以泥层、砂岩、白云岩等质地坚硬的岩石为基岩，采取此种工艺可以结合钻井深度和地层情况，快速、精准的开孔，实现钻孔的目的。其中，泵压根据泥浆粘度、钻孔间隙、孔深等调整。此种技术对于监测井地层和深度的适应性非常强，但是其钻进效率非常低，在破碎带或岩溶发育地段钻进时，经常会发生漏浆现象，易造成卡钻、埋钻事故。

4 结语

钻探技术是井下水文监测的基础技术，在一定程度上影响了井下水监测效果和监测质量，在井下水监测井施工前必须根据施工类型选择相应的钻探工艺，这样才能确保监测井质量和后期井下水文监测的质量。因此，科学合理地选择钻探技术对井下水监测有着重要的意义，我们必须重视施工源头控制，不断提升井下水文监测的质量。