高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術(shù)

胡春雨 劉增平 韋榮律

(山東能源淄礦集團(tuán)唐口煤業(yè)公司，山東 濟(jì)寧 272000)

高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術(shù)

胡春雨 劉增平 韋榮律

(山東能源淄礦集團(tuán)唐口煤業(yè)公司，山東 濟(jì)寧 272000)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了鉆孔設(shè)計(jì)措施，從鉆探設(shè)備、鉆探施工、泥漿選用等方面論述了鉆孔施工的注意事項(xiàng)，達(dá)到了精確快速成孔，滿(mǎn)足井筒施工泄水的要求。

井筒，泄水孔，鉆探，成孔

1 工程概況

山東唐口煤業(yè)有限公司位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)南張鎮(zhèn)，于2006年1月1日投產(chǎn)，礦井核定能力500萬(wàn)t/年。隨著礦井向南部開(kāi)拓，礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)不能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)，需要進(jìn)行南部通風(fēng)系統(tǒng)安全改造，新建南部進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)立井兩個(gè)井筒。由于井下巷道已掘進(jìn)至井筒附近，井筒施工中的涌水具備通過(guò)泄水孔向井下排水的條件。為改善井筒掘砌施工環(huán)境，加快井筒施工進(jìn)度，在進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井井筒內(nèi)施工泄水孔，設(shè)計(jì)孔深均為1 005 m，井筒施工涌水通過(guò)井下進(jìn)行排水。由于進(jìn)、回風(fēng)井井筒直徑分別為7 m和6 m，泄水孔的偏斜距必須控制在井筒范圍內(nèi)，因此孔斜控制是鉆孔快速精確成孔的關(guān)鍵。

2 鉆孔設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔開(kāi)孔位置偏離井筒中心0.5 m，鉆孔深度0 m～250 m的鉆孔直徑為650 mm，安裝直徑為530 mm的套管，在套管與孔壁的空隙間注入水泥漿以達(dá)到固定套管的目的，從而減小第四系砂層水與基巖含水層之間的水力聯(lián)系，減小其對(duì)井筒凍結(jié)效果的影響。鉆孔深度0 m～250 m的鉆孔直徑為460 mm，其中凍結(jié)段以下下入φ325 mm花管，凍結(jié)段以上用水泥封閉至孔口，凍結(jié)段以下花管留作井筒泄水用。

2.2 泄水孔花管設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足泄水孔泄水要求，并保證花管的強(qiáng)度，泄水孔花管圓眼眼徑為15 mm，篩眼間排距為45 mm×50 mm，每米鋼管約打眼440個(gè)，孔隙率約為7.8%。為確保套管安全和凍結(jié)效果，并確保凍結(jié)段以下泄水孔的正常使用，進(jìn)風(fēng)井泄水孔在470 m處下止?jié){塞，470 m以上至孔口用水泥封閉；回風(fēng)井泄水孔在460 m處下止?jié){塞，460 m以上至孔口用水泥封閉。為保證花管間連接牢固，兩根花管間用管箍焊接，管箍與花管間隙全部滿(mǎn)焊。

2.3 測(cè)斜技術(shù)要求

為確保泄水孔不偏離井筒范圍，泄水孔每鉆進(jìn)30 m～50 m用測(cè)斜儀進(jìn)行一次測(cè)斜，保證泄水孔所有點(diǎn)均在鉆孔中心1.5 m以?xún)?nèi)。

3 鉆孔施工

3.1 鉆探設(shè)備

根據(jù)鉆孔地質(zhì)條件以及鉆孔的深度情況，選用JJ170/43 m人字形鉆塔，該種鉆塔可以承載120 t；鉆機(jī)采用電機(jī)功率為480 kW的ZJ-30D型石油鉆機(jī)，選用泵量1 500 L/min的3NB-1000型泥漿泵，鉆具組合為鉆頭+φ203 mm加重鉆鋌+φ311 mm扶正器+φ127 mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿。為保證及時(shí)測(cè)斜和定向，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備一臺(tái)多點(diǎn)測(cè)斜儀、YST-48X無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀和螺桿鉆具。

3.2 鉆探施工

泄水孔全孔使用無(wú)芯鉆進(jìn)工藝，采用牙輪鉆頭及組合牙輪鉆頭正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成井。為保證孔斜率，從開(kāi)孔開(kāi)始就使用螺桿和無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀器相結(jié)合的定向施工技術(shù)。YST-48X無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀器測(cè)量精準(zhǔn)，誤差小，耗電量小，使用時(shí)間長(zhǎng)，極大減少了起鉆次數(shù),提高了施工效率，儀器安設(shè)在螺桿內(nèi)，地面安設(shè)有工作面板，時(shí)刻顯示鉆孔方位及偏斜距，時(shí)刻監(jiān)測(cè)泄水孔導(dǎo)向孔的孔斜情況，一旦發(fā)現(xiàn)孔斜超過(guò)規(guī)定，通過(guò)操作控制面板及時(shí)進(jìn)行糾斜，保證鉆孔中心偏移距不超過(guò)1.5 m。為進(jìn)一步核實(shí)鉆孔孔斜，每鉆進(jìn)50 m后，起鉆再進(jìn)行一次電測(cè)井測(cè)斜。

泄水孔導(dǎo)向孔開(kāi)孔孔徑為215 mm，鉆進(jìn)至第四系底部30 m即地下250 m，測(cè)量鉆孔達(dá)到工程技術(shù)指標(biāo)后分別用直徑為530 mm和700 mm的組合牙輪鉆頭兩徑擴(kuò)孔至250 m，下入直徑530 mm、厚度10 mm護(hù)壁套管并進(jìn)行水泥固管，凝固72 h，進(jìn)行套管止水檢查，經(jīng)檢查合格方可進(jìn)行螺桿和無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀器相結(jié)合的定向施工，直徑215 mm的導(dǎo)向孔鉆進(jìn)至終孔，經(jīng)電測(cè)井達(dá)標(biāo)后進(jìn)行擴(kuò)孔。

擴(kuò)孔分為兩級(jí)：第一級(jí)孔徑為311 mm，第二級(jí)孔徑為460 mm。擴(kuò)孔采用牙輪加導(dǎo)向鉆桿沿導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔，鉆進(jìn)中根據(jù)不同的地層合理控制鉆速，及時(shí)調(diào)節(jié)護(hù)壁泥漿，特別是鉆進(jìn)通過(guò)斷層破碎帶時(shí)，放慢鉆速，調(diào)稠泥漿，防止塌孔或鉆出新孔。φ460 mm鉆頭擴(kuò)孔到孔深1 005 m后，經(jīng)再次對(duì)泄水孔進(jìn)行測(cè)斜，偏斜率不超過(guò)1.5 m，泄水孔符合設(shè)計(jì)要求，鉆探結(jié)束。為保證井筒凍結(jié)和井筒施工中的泄水要求，在泄水孔孔深凍結(jié)深度以下(回風(fēng)井泄水孔460 m，進(jìn)風(fēng)井泄水孔470 m)到1 005 m段下φ325 mm×12 mm的篩管。篩管下入后，用清水洗孔直至孔內(nèi)無(wú)泥漿，然后在篩管口處下止?jié){塞，止?jié){塞頂端至孔口段用水泥封閉，泄水孔施工完成。

3.3 泥漿選用

為確保鉆孔不出現(xiàn)塌孔，鉆孔施工中根據(jù)地層變化情況，特別是鉆孔通過(guò)斷層破碎帶時(shí)，及時(shí)調(diào)整泥漿配比，每天測(cè)定泥漿性能，鉆進(jìn)中觀測(cè)泥漿消耗量，及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)整漿液。

在沖積層段鉆進(jìn)較快，此時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制泥漿的性能指標(biāo)，如粘度、比重、失水量、含砂量，在泥漿的調(diào)配中要適量加入部分降失水劑和稀釋劑，從而有利于套管的下入。在基巖地層中鉆進(jìn)時(shí)泥漿中的小顆粒砂石較多，因此選用具有除砂好、流變性好、配制簡(jiǎn)單、泥皮薄而堅(jiān)韌、可防止地層垮塌等特點(diǎn)的雙聚低固相泥漿。

3.4 測(cè)斜結(jié)果

由于井筒直徑分別為6 m和7 m加上孔深為1 005 m，這使得鉆孔最大偏距不得大于1.5 m。為了保證工程質(zhì)量，采用了多點(diǎn)測(cè)斜儀和YST-48X無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀和螺桿定向相結(jié)合的防斜技術(shù)，時(shí)刻監(jiān)測(cè)鉆孔孔斜，嚴(yán)格偏移距控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，測(cè)斜點(diǎn)距為1 m。進(jìn)風(fēng)井泄水鉆孔共完成兩次全孔測(cè)斜。第一次測(cè)斜在φ215 mm導(dǎo)向孔鉆進(jìn)1 015 m后進(jìn)行，電測(cè)最大點(diǎn)是孔深360 m與490 m處，測(cè)點(diǎn)傾角分別為0.06°和0.33°，方位角分別為47.36°和52.58°，偏移距都為1.49 m；第二次測(cè)斜在φ460 mm擴(kuò)孔到1 005 m后進(jìn)行的，電測(cè)最大點(diǎn)是990 m處，測(cè)點(diǎn)傾角為0.46°，方位角為18.83°，偏移距為1.49 m?；仫L(fēng)井泄水鉆孔共完成兩次全孔測(cè)斜。第一次測(cè)斜在φ215 mm導(dǎo)向孔鉆進(jìn)1 015 m后進(jìn)行，電測(cè)最大點(diǎn)是500 m與510 m處，測(cè)點(diǎn)傾角分別為0.43°和0.37°，方位角分別為145.45°和171.61°，偏移距都為1.00 m；第二次測(cè)斜在φ460 mm擴(kuò)孔到1 005 m后進(jìn)行的，電測(cè)最大點(diǎn)是500 m處，測(cè)點(diǎn)頂角為0.29°，方位角為167.71°，偏移距為0.82 m。進(jìn)、回風(fēng)井泄水孔于2013年7月1日開(kāi)鉆，2013年11月8日竣工，用時(shí)約130 d。施工中采用合理的鉆進(jìn)參數(shù)、足量的加重鉆鋌及粗徑鉆具組合、安裝扶正器及滿(mǎn)眼鉆進(jìn)、大泵量、跟蹤測(cè)斜、隨鉆螺桿定向等方法防斜，孔深1 005 m，鉆孔偏距均符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了精確快速成孔。

4 泄水孔孔斜揭露驗(yàn)證情況

井筒實(shí)際揭露泄水孔情況表明，泄水孔的偏斜距均控制在1.5 m范圍內(nèi)，不偏出井筒范圍，具體偏斜見(jiàn)表1，滿(mǎn)足了井筒施工泄水要求。

表1 井筒泄水孔偏斜距情況表 m

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述綜合的泄水孔施工技術(shù)經(jīng)唐口南部進(jìn)風(fēng)井和出風(fēng)井兩個(gè)井筒的成功應(yīng)用，極大地減少了井筒工作面涌水以及井壁淋水，從而更加有利于井筒掘進(jìn)施工。提前探明井筒施工時(shí)各含水層的水量，為以后的防治水工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 武漢地質(zhì)學(xué)院．鉆探工藝學(xué)(上冊(cè))[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[2] 趙運(yùn)興．煤田鉆探技術(shù)手冊(cè)(修訂本)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，1986．

[3] 金 川．淮南礦區(qū)凍結(jié)法鑿井的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[J]．建井技術(shù)，2006，27(6)：26-29．

[4] 朱誼勇．井筒泄水孔及井壁截水槽綜合利用措施在立井防治水中的應(yīng)用[J].山西煤炭，2014(7)：61-62．

[5] 左 旗，王學(xué)恒.文家坡排矸立井井筒掘砌施工中泄水孔的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012(5)：254.

Fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy

Hu Chunyu Liu Zengping Wei Ronglv

(TangkouCoalMiningIndustry,ShandongEnergyZiMineGroup,Jining272000,China)

Combining with engineering examples, the paper studies fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy, introduces drilling hole design measures, discusses drilling matters from aspects of drilling equipment, drilling construction and slurry selection, which meets demands of fast hole forming and shaft weep hole.

shaft, weep hole, drilling, hole-forming

1009-6825(2015)32-0074-02

2015-09-08

胡春雨(1987- )，男，助理工程師； 劉增平(1964- )，男，研究員； 韋榮律(1978- )，男，工程師

P634.2

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