洪泽盐盆赵集矿区深部涌漏水的危害及防治水对策.pdf

洪泽盐盆赵集矿区深部涌漏水的危害及防治水对策周绍荣吴进飞朱 培(.淮安市地质矿产勘查院江苏 淮安.淮安市地矿建设工程有限公司江苏 淮安)摘 要:江苏淮安洪泽盐盆赵集矿区经 余年勘查开采在地下深部出现淡卤水涌漏现象 文章对涌漏水机理进行分析对涌漏水造成的危害进行评价针对性地提出了消除或减小危害的技术措施 研究认为在盐矿勘查开采过程中由于工艺、方法等多方面原因使矿区内三垛组下部、戴南组上部原为干燥状态、成岩胶结不实的砂质岩层充水由“透水层”转变为“储水层”在具备泄压条件时发生涌漏对矿产勘查开采造成影响对地质环境安全造成威胁 采用优化井身结构、改进开采工艺等措施可消除或减小涌漏水的危害实现开发矿产资源与保护地质环境的和谐统一关键词:赵集矿区涌水盐矿地质环境地下储库防治中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:收稿日期:作者简介:周绍荣()男云南宜良人高级工程师主要研究方向为盐矿地质盐矿地下空间利用等联系方式:.前言洪泽盐盆赵集矿区岩盐、芒硝矿勘查开采始于 世纪 年代末至今历经 余年盐类矿产资源的开发取得了良好的经济效益和社会效益盐科学与化工 第 卷 第 期 年 月近年来矿区先后有十余口钻井在施工或开采过程中出现地下深部涌水或漏水现象最大涌水量达/水温 涌水 含量 /孔口压力 预估涌漏水范围涵盖 达洪泽盐盆地面积的/多给钻井施工及盐矿开采造成一定影响对地下地质环境造成较大威胁给当前正在开展的盐穴地下储库建设研究提出了新的课题 矿区地质概况钻探工程揭示矿区钻遇地层自上而下分别为第四系东台组、新近系盐城组及古近系三垛组、戴南组、阜宁组东台组()以浅灰色粉细砂与浅棕色粘土互层为主顶部为灰绿色泥质粉砂底部为杂色砂砾层 视厚度.盐城组()以灰色灰白色砂砾岩为主夹泥质粉砂岩和泥岩 盐城组固结程度低多呈松散状颜色杂 视厚度.三垛组()上部为棕红色、暗棕红色、灰色泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩含少量石膏下部以灰色粉砂岩、含钙泥岩、粉砂质泥岩与细砂岩互层为主 视厚度.戴南组()上部为深灰色泥岩、含砾砂岩及粉砂质泥岩中部为粉细砂岩、砂砾岩与含灰粉砂质泥岩互层下部以灰色含钙云质泥岩与粉细砂岩互层为主 戴南组普遍含石膏视厚度为.阜宁组()灰黑色泥岩夹薄层灰岩、油页岩夹膏盐层区域厚度可达 矿区仅钻至阜宁组上部主要岩盐、芒硝矿层岩性为灰色岩盐夹灰色、棕色泥岩和钙芒硝岩中下部夹 层 层芒硝矿层 视厚度.矿区地势平坦第四系、新近系较为平缓厚度变化不大 古近系总体为北高南低的单斜构造厚度南厚北薄 地震勘探显示矿区无大的断裂三垛组与上覆地层呈角度直接接触见图 涌漏水机理与危害.盐矿开采现状及存在的问题洪泽盐盆赵集矿区共有盐矿井 口现有 口井正常开采年采矿量约 万 矿山多采用水平连通井组开采(深部芒硝采用单井开采)井距 采矿压力 矿井注采量比率.矿井一般采用直径 钻头开孔下直径为.长度约 的表层套管固井二开采用直径.钻头开孔下直径为.的生产技术套管固井 部分矿井一开孔径.表层套管直径.二开孔径.生产技术套管直径.矿层顶界Qd+N1yNWSE标定孔2标定孔1E2sE2dE1fE2s上下界图 地震勘探剖面图.连通井组开采具有产量高、事故率低等特点但由于井距远采后溶腔顶部易形成大跨度临空面不利于顶板稳定部分盐矿井表层套管下至东台组底部仅考虑施工安全因素对松散孔隙含水层保护不够部分矿井深部井眼孔径与套管直径级差匹配性欠妥预留环空过小不利于固井形成连续均匀的水泥环矿井采矿压力偏大易导致裂隙扩展甚至压裂地层或压通井周固井水泥环影响腔体密闭性和稳固性.涌漏水机理分析矿区先后十余次发生涌漏水事故经多次启停周边开采井试验钻井涌水量、水压等与开采井启停时间呈现基本同步或稍有滞后的变化加之涌水温度及 含量均较高推测矿区深部涌水与采矿活动有较为密切的关联性涌水来源于盐矿井施工钻井涌出的水即盐矿井漏失的水涌水的层位为三垛组下部及戴南组上部成岩性较差的棕红色泥质砂岩段见图 图 涌漏水部位砂性岩石岩心.周绍荣等:洪泽盐盆赵集矿区深部涌漏水的危害及防治水对策三垛组、戴南组总体以泥质岩为主抽水试验实测渗透系数为./具有良好隔水性能间夹的部分砂性岩虽局部有一定的透水性和储水空间但距离下部矿层顶板 (表)与上部松散含水层的间隔达 以上不具备自然含水条件上层孔隙水和盐矿井溶腔水与涌水部位自然连通的可能性较小三垛组、戴南组砂性岩层充水是受外力影响间接充水见表 由于涌水与盐矿井开采具有关联性充水可能的途径主要是:()固体岩盐矿石经水溶解后的溶腔随着腔体范围扩展矿层直接顶板暴露、开裂直至塌落裂隙向上发展到达上部成岩程度较差的砂性岩层在采矿压力持续作用下腔体内淡卤水沿裂隙涌进砂性岩层使之充水并驻留其中()盐矿井固井水泥窜槽或胶结程度差长期高压采矿致水泥环破碎脱落形成连续通道溶腔内淡卤水沿套管外环上蹿到上部砂质岩层并沿层横向迁移经过滤、聚集形成有压咸水矿区涌漏水的实质是在长期采矿活动中卤水借助地层裂隙或套管与地层的间隙上涌使三垛组及戴南组砂性岩层由“透水层”转变为“储水层”遇钻井或自然露头泄压时驻留在砂性岩层中的淡卤水带压溢出见图 表 部分涌漏水井点情况表.井号矿层顶深/涌水深度/垂向距离/涌水层位钻井 .上部钻井 .上部钻井 .上部钻井 .底部钻井 .上部钻井 .上部钻井 .底部岩盐矿固井水泥环底端结品性膨胀腐蚀构造裂隙溶腔垮塌揭露构造裂隙溶腔垮塌揭露含水层溶腔发育揭露构造裂隙溶腔顶板卤水图 涌漏水机理示意图.涌漏水的危害赵集矿区深部涌漏水尚无明显规律性具有较大危害性应引起高度重视在矿产勘查开发过程中涌水冲刷掏空孔壁给钻井施工造成较大安全隐患易于发生塌孔埋钻等事故在盐矿井开采过程中由于注入水漏失无法取得相应矿物溶液能耗增加采矿成本提高涌漏水使地质环境受损及地下水污染的风险大幅增加 一方面高压水体在深部长期存在并不断变化应力频繁在破坏平衡之间无限循环易造成地下地质环境不稳定另一方面由于三垛组、戴南组与上部松散盐城组在较远端可能直接接触深部砂性岩层由“透水层”转变为“储水层”后与上部松散含水层形成水力联系造成地下水污染的风险较大涌漏水还对当前开展的盐穴地下储库建设研究造成较大影响 安全、环保是地下储库的基本要求对盐穴的密闭性要求更高 由于存在涌漏水现象盐穴情况更为复杂甄选现有盐穴改造利用将面临更多困难同时对新建盐穴的设计施工及运行维护提出了更多特殊要求是地下储库建设应充分考虑的因素 防治水对策为消除或减轻涌漏水对地质环境及矿产勘查开采的不利影响应以查明“储水层”赋存状态、物理力学性能及含水情况等为基础从设计入手改进盐矿开采工艺提高开采管理水平.优化钻井结构()新井采用单井开采或调减连通井组井距()表层套管下至盐城组底面以下进入三垛组 以上配合生产技术套管的封隔以形成对较浅部含水层的双重保护()加大深部井孔直径与套管直径的级差采取措施确保套管位于井孔中心保证管外固井水泥厚度并均匀充填.加强施工管理()勘查开采钻井工程施工采用环保无污染钻井液采取技术手段防涌水造成孔内事故防漏水造成泥浆污染()固井后严格按规范开展管内管外试压采用声幅变密度测井检测套管水泥环地层各界面胶结质量发现问题及时补救.改进开采工艺()采用垫层法开采延缓矿层顶板暴露时间科学控制腔体跨度及形态维持腔体稳定()控制采矿压力至 深部芒硝盐科学与化工 第 卷 第 期 年 月井适当提高但不应超过 有条件的可配以潜卤泵改被动压为主动抽双向采矿减小采矿压力对水泥环及地层的破坏()开采过程中均匀加压缓慢泄压杜绝强压快泄造成应力突变.定期检测评估()实时注意开采井注采水量比率如有异常及时暂停开采查找原因排除隐患()定期开展溶腔测量及时评估溶腔形状、大小及其发展趋势采取有效措施控制溶腔跨度及上溶高度.及时处理问题井对出现漏水的开采井应及时维修无法恢复正常的实施封孔以阻断溶腔、深部透水层、浅部含水层之间的水力联系.引流泄压利用涌水钻井或开采井适当引流泄压减小地层压力舒缓储水层水力聚集及应力集中 结论江苏淮安洪泽盐盆赵集矿区深部涌漏水与盐矿开采密切相关采用大跨度、高压力连通井组开采及盐矿井固井水泥环破碎脱落易造成含盐系直接顶板塌落裂隙带向上发展在溶腔顶部裂隙及套管外环形成过水通道淡卤水向上侵入上部胶结不实的砂性岩层并聚集使三垛组及戴南组部分岩层由“透水层”转变为“储水层”深部涌漏水对地下地质环境安全造成了较大威胁给钻井施工及盐矿开采造成一定影响在开展盐穴地下储库建设研究时应引起足够重视 应在查明透水层赋存状态、物理力学性能及含水情况的基础上优化钻井结构、改进开采工艺必要时采取引流泄压的方式减小地层压力舒缓储水层水力聚集及应力集中以达到消除或减轻涌漏水危害的目的参考文献 朱培李小明郑盛明等.江苏省淮安市赵集 顺河集矿区石盐、芒硝矿资源储量核查报告.淮安:淮安市地质矿产勘查院.王岩生胡新兆.淮安赵集岩盐矿井涌水分析及治理.地质学刊():.杨定炳张彬.关于石盐矿钻井水溶采矿有关问题探讨.云南地质():.郑开富彭霞玲.赵集岩盐矿区地质特征与潜在的地质灾害.复杂油气藏():.赵培富武俊峰.浅埋深小煤窑采空破坏区涌水水源分析.煤炭与化工():.朱登科罗本全徐江等.废弃煤矿矿井涌水污染成因及治理措施研究.四川地质学报():.叶燊乔江美李同春.注水压力和溶洞内压对水力裂缝扩展影响模拟研究.油气藏评价与开发():.郭晓康.某矿山深部涌水现状调查及防水治水措施研究.云南冶金():.白如鸿刘壮刘宁平等.榆树湾煤矿矿井涌水规律及防治水思路.陕西煤炭():.卢立国.油垫法开采在芒硝矿中的应用及效果分析.中国井矿盐():.吴颖居忠朱卫琴.淮阴赵集矿区盐穴储气库建设的地质条件及利弊分析.地质学刊():.杨正凯张立平.油垫工艺在淮安赵集盐矿的应用研究.盐科学与化工():.(编辑:夏万顺)广告目次中盐工程技术研究院有限公司封一中盐工程技术研究院有限公司封二益盐堂(应城)健康盐制盐有限公司天津中盐海晶投资咨询有限公司北京泰维安干燥设备技术开发公司天津市长芦盐化工程设计有限公司期刊合办单位及理事会成员单位封三中盐工程技术研究院有限公司封四周绍荣等:洪泽盐盆赵集矿区深部涌漏水的危害及防治水对策