【摘要】段村-雷沟铝土矿矿区地层复杂，观测孔施工时经常遇到极易垮孔的第四系砂卵石层、容易缩颈的石炭-二叠系页岩层和溶洞、裂隙发育的寒武-奥陶系灰岩层，施工难度极大。观测管的安装需要非常严密的一套施工程序。经过近两年的施工摸索，总结了一套行之有效的施工经验和观测管安装程序。
【关键词】复杂地层施工；观测管安装经验
1 前言
段村-雷沟铝土矿矿区位于河南省渑池县境内，是中国铝业股份有限公司拟建的现代化标志性矿山之一。矿体间接底板为北方典型的寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层，水压大、富水性强、含水性极不均一[1]；矿区范围内采空区（老窿）密布。未来矿山开采易导致突水。该矿山采用“前期地表疏干、后期地表及地下联合疏干”作为段村-雷沟铝土矿防治水方案，并采用排供结合、统筹兼顾的对策，解决矿山排水和供水之间的矛盾[2]。为了检验疏干效果和指导巷道安全掘进，须随时了解寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙水水位变化情况，该矿区共布置39个水文地质观测孔进行监测。大部分钻孔要穿过极易垮孔的第四系砂卵石层、容易缩颈的石炭-二叠系页岩层和溶洞、裂隙发育的寒武-奥陶系灰岩层，成孔后观测管安装也是关键环节。钻孔越深，钻穿的地层越多，孔内会越复杂，施工难度越大[3]。
经过近两年的施工摸索，总结了一套针对不同地层的施工方法和观测管安装方法，为其它类似工程提供了很好的施工经验。
2 矿区地层
本区地层、岩石从老到新分述如下：
2.1寒武系（∈）
主要岩性为灰色、灰黑色鲕状石灰岩，灰色板状薄层灰岩、薄层状绿色钙质页岩、泥质石灰岩以及灰白色厚层状灰岩、泥灰岩。
2.2 奥陶系（O）
主要岩性为厚层状泥质灰岩、泥质白云岩及钙质页岩、厚层状泥晶质角砾状灰岩、白云质灰岩。
2.3 石炭系（C）
⑴ 石炭系中统本溪组（C2b）
本组是铝土矿的赋存层位，主要岩性为铁质页岩、铝土矿、粘土矿矿层、粘土页岩，有时相变为炭质页岩或煤层。厚度0.22～53.86m，平均厚度13.17m。
⑵ 石炭系上统太原组（C3t）
岩性以灰岩为主，夹杂砂岩、砂质页岩、页岩、炭质页岩及煤层。厚0.68～88.38m，一般25～35m，平均25.03m。
2.4 二叠系（P）
⑴ 二叠系下统山西组（P1s）
岩性为砂岩、粘土页岩、煤层及炭质页岩。本组厚5.83～159.30m，一般50～75m，平均59.17m。
作者简介：贾朋涛（1982-），男，河南漯河人，硕士，主要从事矿山综合防治水研究。
⑵ 二叠系下统下石盒子组（P1x）
下部为深灰色厚层状中细粒石英砂岩、灰色粉砂岩、泥质页岩、粘土岩夹薄层煤；中下部为浅灰色、绿灰色中粒砂岩夹薄层粉砂岩；中部以杂色粘土页岩为主，夹绿色粉砂岩、中细粒砂岩；上部以灰色、深灰色粘土岩（页岩）、粉砂岩为主，夹中细粒砂岩和砂质粘土岩等。厚2.32～205.45m，平均38.23m。
⑶ 二叠系上统上石盒子组（P2s）
由灰、褐、紫色等中粒石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、粘土岩、炭质页岩夹煤层组成，厚度大于350m。
2.5 第三系（N）
由石英砂岩、长石石英砂岩组成，砾岩层砾石大小不等，泥质和钙质胶结，胶结较差。厚0.5～25.80m，一般7m左右。
2.6 第四系（Q）
由现代河床堆积砾石层、亚沙土和黄土、亚粘土等组成。厚4～88.25m，一般5～25m。砾石成份以石英砂岩为主，砾石粒径大小不等，小到几厘米，大到几十厘米，一般10～35cm，磨圆度较好，呈圆-浑圆状。
3 各复杂地层钻探经验
3.1第四系砂卵石层钻探经验
遇到该层时一般采用浓泥浆护壁的方式钻进，但是碰到含砂较多的地层采用浓泥浆不能有效保护孔壁，垮塌厉害，极易垮孔埋钻，出现事故很多，钻探进度迟缓。经过摸索，根据砂卵石不同厚度总结出两种不同施工方法：对于砂卵石厚度在8m以内的，用小型挖机剥离该层，下井壁管后再用钻机继续钻进；对于砂卵石厚度在8m以上的，先用冲击钻冲过该层，然后井壁管保护孔壁。以上两种方法比钻机钻进速度要快，而且钻探费用也会降低。需要注意的是，小型挖机开挖时因开挖面积较大、深度较深，如果遇到地下水会局部会产生垮塌，要注意人员和设备安全；由于该地层卵石较硬，如果厚度超过50m冲击钻施工难度就会增大，须做好在该层变径和下双层套管的准备。
3.2石炭-二叠系页岩层施工经验
该层岩性以粘土页岩为主，有时相变为炭质页岩或煤层，泥质结构，岩性柔软。钻进时遇水立即变成泥状，缩颈严重，在该层钻具停留时间过长容易被其“抱死”，导致钻孔最终报废。即使穿过了该层，但是在该层下井壁管时井壁管很难通过该层。遇到该层时采取如下施工方法：钻探时要减少每个回次进尺勤提钻，下井壁管前要多次扫孔，选择小一级口径井壁管，或者直接采用跟管钻进。
3.3寒武-奥陶系灰岩层施工经验
该灰岩层节理裂隙发育，局部溶洞发育，特别是在断层附近的溶洞规模很大，最高的近15m。钻进时在节理裂隙发育地段容易掉块卡钻，在溶洞发育地段极易埋钻，如果不下井壁管保护孔壁，钻探易发生事故导致废孔。遇到该层时采取如下施工方法：在节理裂隙发育地段要快速通过，快速下筛管保护孔壁，在卡钻时不要全力向上提钻具，要上下活动小力多次提取钻具；在溶洞发育地段，钻进时尽可能的少扰动溶洞内充填物，否则会造成充填物流动垮孔，孔会越垮越大，造成废孔，溶洞小时快速通过后下筛管保护，溶洞大时在还未通过溶洞时就要保守预测溶洞高度，下比溶洞更长的筛管，继续钻进时利用筛管自身重力落到溶洞底部。
4 观测管施工经验
对于水文地质观测孔施工关键环节就是观测管安装及铁盘的止水效果。为了保证安装成功，摸索出了一套行之有效的施工程序：
⑴ 终孔后丈量孔深和再次确定寒武-奥陶系灰岩变径位置，记录孔内孔径和套管情况；
⑵ 计算止水铁盘以下和以上观测管长度，确定铁盘焊接位置（最好焊接在观测管顶端接箍下面，紧挨接箍），观测管底部悬空高度不大于10m；
⑶观测管直径不得小于32mm，管壁厚度不得小于2mm，测管（管内不得堵塞）筛孔段长不小于50m，筛孔孔径3-5mm，呈梅花型排列，孔隙比不小于10%，为让观测管座牢于变径处观测管底可作一定的悬空处理，但应尽量缩小悬空高度（不大于10m）；加工止水铁盘，内径33.5mm，厚度10mm，孔内下有直径89mm套管的铁盘外径不小于77mm，没下套管或下有直径大于89mm套管的外径不小于80mm；
⑷ 观测管安装前，用细管伸入观测管来回活动，清理观测管内毛刺及其它杂物；
⑸ 采用汽车内胎7层以上（总厚度不得小于20mm）垫于铁盘下进行止水，铁盘上垫2层；
⑹ 下管时确保观测管端口无泥、干净，止水铁盘以上每根管子端口用止水胶带密封；
7 孔口筑水泥墩用水泥标号不低于425，高0.8m，宽0.3m，长0.3m，水泥墩需埋地面以下0.4m。
结 语
目前没有一种万能的办法可以解决所有类型的复杂地层[4]，该矿区复杂地层的施工经验是在不断总结教训的基础上摸索出来的，观测孔安装程序也是一个借鉴和创新的经验总结。该矿区附近矿产资源丰富，总结的经验可以作为其它类似地层和工程的参考。
参考文献
[1] 中国铝业公司矿业分公司，郑州豫源地矿勘查技术服务公司.河南省渑池县
段村-雷沟矿区水文、工程地质勘探报告[R] .2004年，郑州
[2] 中国铝业股份有限公司矿业分公司，长沙有色冶金设计研究院，同济大学.中国铝业股份有限公司矿业分公司段村—雷沟铝土矿地下开采防治水技术研究报告[R] .2007年，长沙
[3] 孙丙伦.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].探矿工程，2018，（5）：13-15，24
[4] 石立明. 复杂地层岩心钻探综合治理技术[J].探矿工程，2008，35（2）：12-14