內(nèi)蒙古某煤礦投料井鉆成井施工工藝及控制要點(diǎn)

張軍旗， 于俊超， 王慶軍

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

內(nèi)蒙古某煤礦投料井鉆成井施工工藝及控制要點(diǎn)

張軍旗， 于俊超， 王慶軍

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

煤礦投料井直徑大，采用分級擴(kuò)孔；耐磨管剛度大，對井眼的垂直度要求高，同時(shí)其質(zhì)量大，對起重設(shè)備、器具要求高，施工中容易發(fā)生重大的安全或質(zhì)量事故。本文通過多項(xiàng)工程實(shí)踐，以內(nèi)蒙古某投料井為例，總結(jié)了投料井鉆成井施工工藝及控制要點(diǎn)。

投料井；鉆成井；耐磨管；鉆孔垂直度

0 引言

近年來，隨著礦井開采的不斷進(jìn)行，可利用儲量日趨枯竭，一些建(構(gòu))筑物下的壓煤問題十分突出，嚴(yán)重制約著礦井的生存與可持續(xù)發(fā)展。為最大限度的挖掘儲量資源，提高煤炭資源回收率，解放“建下”壓煤儲量，煤礦投料井應(yīng)運(yùn)而生[1,3,5]。本文通過筆者近幾年的實(shí)踐，以內(nèi)蒙古某投料井為例，介紹投料井鉆井、耐磨管安放、固井的施工工藝及控制要點(diǎn)，供大家參考借鑒。

1 工程概況

該工程位于內(nèi)蒙古桌子山煤田白云烏素礦區(qū)南部，設(shè)計(jì)投料井井深393 m，上部20 m第四系覆蓋層段鉆井直徑1200 mm、以下基巖段鉆井直徑960 mm，采用鉆井法分級擴(kuò)孔成井。

耐磨管采用Q460和Q345B無縫鋼管分層離心鑄造內(nèi)耐磨層，外徑626 mm、內(nèi)徑500 mm，壁厚63 mm，單節(jié)長度10.3、5 m，孔口對接采用507焊條焊接，拉板加固；安放采用漂浮法下沉。

管后充填采用外管注漿方式、高壓泵送純水泥漿充填。

要求投料耐磨管安放傾斜度≯1.0‰，壁后充填保證投料耐磨管不下沉。

2 鉆井施工

2.1 地層情況

(1)0～7.5 m，煤矸石，黑色，塊狀結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)。

(2)7.5～20 m，砂卵石，紅褐色，結(jié)構(gòu)松散，干，透水不含水。

(3)20～396.45 m，砂巖、泥巖互層。砂巖，以中粒砂狀結(jié)構(gòu)為主，塊狀構(gòu)造，主要成分包括長石、石英及少量暗色礦物，鈣質(zhì)膠結(jié)；泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

2.2 鉆進(jìn)工藝

根據(jù)本工程地層情況及要求，使用SPS2600型鉆機(jī)進(jìn)行鉆井施工，BW1200A型泥漿泵正循環(huán)結(jié)合WF-3/30型空壓機(jī)氣舉反循環(huán)排渣、分級擴(kuò)孔鉆進(jìn)成井。開孔采用?241 mm牙輪鉆頭，鉆穿覆蓋層，進(jìn)入完整基巖2 m后，采用?1200 mm梳齒鉆頭擴(kuò)孔，進(jìn)入完整基巖1 m，檢測垂直度符合要求后安放內(nèi)徑為1100 mm的鋼護(hù)筒并注漿封閉覆蓋層。鋼護(hù)筒壁后水泥漿凝固后分別采用?241、480、720、960 mm牙輪鉆頭鉆孔、擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)深度。

2.3 主要成井設(shè)備、器具及試驗(yàn)儀器(見表1)

表1 主要成井設(shè)備、器具及試驗(yàn)儀器

2.4 各徑級鉆進(jìn)參數(shù)(見表2)[2,4,7]

表2 各徑級鉆進(jìn)參數(shù)

注：泵量1200 L/min。

2.5 鉆進(jìn)泥漿

鉆進(jìn)中，采用低密度、高粘度、低失水和含砂量小的優(yōu)質(zhì)泥漿，并采用振動篩加強(qiáng)泥漿的凈化處理，具體性能指標(biāo)為：粘度20～24 s，密度1.03～1.10 g/cm3，失水量≤15 mL/30 min，泥皮厚度<1.5 mm，含砂率≤1%，膠體率≥98%，pH值7～9。

2.6 保證井眼垂直度措施[6,8]。

前導(dǎo)孔施工是保證井眼垂直度的關(guān)鍵，開孔時(shí)輕壓慢轉(zhuǎn)，正常鉆進(jìn)采用鉆鋌加壓，扶正器設(shè)3道，分別位于鉆頭上部1、9、18 m的位置，鉆壓控制在鉆具總重力的40%～60%。

擴(kuò)孔鉆進(jìn)采用前導(dǎo)扶正器，鉆頭上部加設(shè)配重，鉆壓控制在配重重力的80%以內(nèi)。

注重井眼垂直度監(jiān)測，前導(dǎo)孔施工，每進(jìn)尺50 m測斜一次，擴(kuò)孔鉆進(jìn)每100 m測斜一次。

3 耐磨管安放

3.1 耐磨管安放前的準(zhǔn)備工作

(1)安放耐磨管前應(yīng)測量井眼的垂直度，垂直度檢測符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)入下道工序。

(2)垂直度檢測完成后，采用圓孔器圓孔，圓孔器外徑可比井徑小20 mm，掃除孔壁上的突出巖塊，圓滑孔壁，提高耐磨管的安放成功率。

(3)圓孔完成后試孔前，進(jìn)行換漿。泥漿的密度根據(jù)耐磨管質(zhì)量、考慮起重機(jī)械的起吊能力，計(jì)算出應(yīng)提供的浮力并考慮安全系數(shù)后進(jìn)行調(diào)整。本工程耐磨管總質(zhì)量353 t，采用220 t(2200 kN)龍門吊進(jìn)行安放，需要提供的浮力>1330 kN，經(jīng)計(jì)算，下管前的泥漿密度應(yīng)大于1.18 g/cm3；泥漿的含砂率根據(jù)超鉆深度、泥漿中的顆粒粗細(xì)并考慮泥漿粘度進(jìn)行控制，以靜置24 h無沉淀為宜。耐磨管安放前的泥漿性能指標(biāo)：粘度18～25 s，密度≥1.18 g/cm3，含砂率<1%，膠體率≥95%。

(4)換漿完成后進(jìn)行試孔，試孔器外徑比鉆孔直徑小20 mm，長度30 m，采用厚度為12 mm的螺旋卷管制作，試孔過程中試孔器無受阻現(xiàn)象。

(5)檢查耐磨管質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，是否有殘缺、斷裂及彎曲等情況，丈量每根耐磨管的長度，作好耐磨管編號及長度標(biāo)識，并計(jì)算耐磨管總長，檢查是否與設(shè)計(jì)相符。

(6)在耐磨管底節(jié)底口焊接浮板，并進(jìn)行如下驗(yàn)算：

①根據(jù)環(huán)狀間隙充滿水泥漿時(shí)浮板所承受的最大壓力驗(yàn)算其強(qiáng)度；

②根據(jù)極端受力狀態(tài)驗(yàn)算耐磨管強(qiáng)度；

③驗(yàn)算耐磨管吊具的強(qiáng)度；

④根據(jù)注漿時(shí)受到的浮力和耐磨管質(zhì)量，確定是否采用一次完成耐磨管壁后的充填注漿。

(7)檢查泥漿排放管路是否通暢，根據(jù)耐磨管安放時(shí)排出的泥漿量，做好泥漿的排放處理準(zhǔn)備工作。

(8)核算孔口平臺支撐梁強(qiáng)度、剛度以及梁底地基承載力，調(diào)整平臺梁水平及中心位置，其導(dǎo)向口中心與孔口中心一致。

(9)將注漿管接長，單節(jié)長度與耐磨管匹配，以保證注漿管與耐磨管同時(shí)安放。為防止耐磨管安放過程中泥皮堵塞注漿管，底節(jié)耐磨管注漿管管口焊接防護(hù)擋板。

(10)吊運(yùn)機(jī)具的檢查及現(xiàn)場清理。

①在吊放前必須對機(jī)械卷揚(yáng)、鋼絲繩、制動部件、滑輪組、大鉤、吊具、卡子等進(jìn)行全面檢查，吊運(yùn)耐磨管路線上有高于1 m的障礙物及無用設(shè)備一律清離現(xiàn)場。

②對龍門吊軌道、大梁連接部件進(jìn)行全面檢查，更換破損的軌道枕木，對路基不穩(wěn)固的部位進(jìn)行加固，起吊前進(jìn)行試車。

③選擇25 t(250 kN)輪胎式吊車配合耐磨管安放，對吊車大臂進(jìn)行全面細(xì)致的檢查，確保安全。

(11)對全體操作人員進(jìn)行明確分工，各工序緊密銜接，保證耐磨管安放效率。

3.2 耐磨管安放作業(yè)

(1)提前將耐磨管置于孔口的安裝架上，吊具采用吊車安裝，安裝標(biāo)準(zhǔn)為：吊具與耐磨管管箍(或支撐板)外壁無縫隙，此時(shí)擰緊吊具螺栓，耐磨管安放前，應(yīng)清除管內(nèi)殘?jiān)?/p>

(2)采用龍門吊作為主吊，汽車吊作為輔吊，確保耐磨管在起吊過程中不產(chǎn)生變形。

(3)底節(jié)耐磨管吊至井口，對準(zhǔn)鉆孔中心后緩慢下放，吊具放置于孔口平臺上后，采用水平尺在水平、垂直兩個(gè)方向檢查耐磨管上口水平度；檢查注漿管是否按要求布設(shè)，是否堵塞；檢查耐磨管內(nèi)尤其接頭部位是否漏水，無異常后，吊運(yùn)下一節(jié)。

(4)耐磨管連接位置設(shè)置坡口，焊接前采用砂輪機(jī)打磨，保證焊接質(zhì)量。

(5)耐磨管對接前，將坐于孔口平臺的耐磨管頂口上均布焊接3個(gè)定位塊，便于耐磨管對接施工。

(6)為便于調(diào)整上下耐磨管的同心度，耐磨管卡箍距管口0.8 m以上。

(7)吊起的耐磨管對接后，首先采用2～4 m靠尺進(jìn)行四面檢查，調(diào)整上下耐磨管的同心度，然后采用經(jīng)緯儀在2個(gè)垂直方向檢驗(yàn)，確保上節(jié)耐磨管中心線在下節(jié)耐磨管中心線的延長線上，調(diào)好后四面點(diǎn)焊固定，避免單側(cè)焊接應(yīng)力集中導(dǎo)致耐磨管歪斜。

(8)耐磨管焊接采用多臺直流電焊機(jī)對稱施焊，焊條采用J507，規(guī)格為?4.0 mm，焊接電流140～180 A，電壓60 V，焊條在烘焙溫度350 ℃下保溫1 h后使用。

(9)兩節(jié)耐磨管接口焊接完成后，連接處焊接拉板，拉板數(shù)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

(10)焊縫表面及熱影響區(qū)不得有氣孔、裂隙、夾渣、未融合、咬邊等缺陷，焊縫應(yīng)飽滿，焊接質(zhì)量應(yīng)滿足要求。

(11)耐磨管焊接完成待焊接區(qū)冷卻后再放至孔內(nèi)。

(12)耐磨管安放過程中，泥漿面不得低于排漿口高度，及時(shí)監(jiān)測孔口返出泥漿的密度，含砂量，作好耐磨管安放記錄。

(13)所有耐磨管安放到預(yù)定位置后，將耐磨管上口與孔口橫梁進(jìn)行連接固定，防止耐磨管在注漿過程中產(chǎn)生位移。

(14)耐磨管安放實(shí)景見圖1。

圖1 耐磨管安放實(shí)景

4 耐磨管壁后注漿充填固井

4.1 注漿管路布置

注漿管采用熱軋無縫鋼管，內(nèi)徑為48 mm，均勻布設(shè)在井管外側(cè)，一根伸入耐磨管底部，其余置于距管底1 m處，為防止耐磨管安放過程中泥皮堵塞注漿管，底節(jié)耐磨管注漿管管口應(yīng)焊接防護(hù)擋板。底節(jié)耐磨管注漿管布置見圖2。

4.2 充填材料

采用水灰比0.75的水泥漿充填，水泥選用32.5 MPa礦渣水泥，注入的水泥漿密度>1.60 g/cm3。

4.3 水泥漿攪拌

(1)水泥漿在專用的自動攪拌筒內(nèi)機(jī)械攪拌，攪拌前根據(jù)配合比及每桶的攪拌量計(jì)算出各種組分

圖2 底節(jié)耐磨管注漿管布置

的用量，在攪拌桶上做好標(biāo)識。

(2)為保證攪拌漿液的質(zhì)量，每桶漿液自材料全部加完后攪拌時(shí)間控制在3 min。

(3)攪拌機(jī)的攪拌能力滿足6～8 h內(nèi)完成一次充填量要求；攪拌供水能力滿足每盤攪拌時(shí)間要求；供水水泵及攪拌機(jī)配置不少于2臺，同時(shí)設(shè)置備用系統(tǒng)。

(4)攪拌罐水泥管路入口設(shè)置防止堵塞裝置，攪拌筒出漿管口設(shè)置10目篩網(wǎng)，篩除漿液中的粗顆粒及雜質(zhì)。

(5)每桶攪拌好的漿液經(jīng)過測量密度，滿足要求后排放入儲漿池，并作好記錄。

(6)攪拌筒前設(shè)置儲漿池，儲漿池的容積大于配置的所有攪拌桶容積之和。

4.4 壁后充填注漿

(1)注漿前設(shè)備應(yīng)調(diào)試保養(yǎng)，做好標(biāo)識，與電源開關(guān)一一對應(yīng)，備用系統(tǒng)運(yùn)行可靠；人員應(yīng)明確分工，培訓(xùn)到位。

(2)注漿泵的注漿能力大于攪拌能力，并按不少于2臺配置。

(3)在進(jìn)行首次注漿之前，應(yīng)將耐磨管內(nèi)充滿水，并利用注漿泵循環(huán)環(huán)狀間隙內(nèi)的泥漿，待孔口返漿正常，管內(nèi)水面無變化，判斷注漿管路無滲漏現(xiàn)象后，方可進(jìn)行注漿作業(yè)。

(4)注漿泵蓮蓬頭采取可靠措施，防止大顆粒進(jìn)入管路堵塞注漿通道。

(5)注漿連續(xù)進(jìn)行、不宜停歇，各注漿泵與注漿管路之間設(shè)置閥門，一臺出現(xiàn)故障不影響連續(xù)注漿，每次停歇的時(shí)間≯0.5 h，防止注漿管路堵塞。

(6)充填高度可根據(jù)管后環(huán)狀間隙的體積和充填材料的用量采用理論計(jì)算，并用測繩測量校正，做好相應(yīng)記錄。

(7)注漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意觀察井管內(nèi)的配重水液面情況，如果發(fā)生變化盡快查明原因，并及時(shí)處理。

(8)水泥漿液面達(dá)到指定高度后，結(jié)束注漿，從孔口拆開地面管路，開泵清洗。

5 幾點(diǎn)體會

(1)投料井井眼垂直度是保證耐磨管順利安放的首要條件，必須嚴(yán)格進(jìn)行控制。

(2)下管前的圓孔、換漿、試孔工作必不可少，必須按要求嚴(yán)格操作，不能流于形式或省略。

(3)投料井耐磨管質(zhì)量大，對起重設(shè)備的要求高，必要時(shí)需通過調(diào)整泥漿的密度提高浮力，保證耐磨管的安全下放。

(4)投料井耐磨安放及固井控制要點(diǎn)多，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要精心設(shè)計(jì)和組織，從人員、設(shè)備到器具材料都需做到100%保障到位、培訓(xùn)到位、控制到位、檢查到位，否則極易出現(xiàn)安全和質(zhì)量事故，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

[1] 邱文權(quán),彭金灶,陳惠明,等.礦山投料井施工難點(diǎn)與對策[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2010,37(4):31-33.

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[8] GB 50511—2010，煤礦井巷工程施工規(guī)范[S].

Construction Technology and Key Points of Control for Feeding Well Drilling and Completion/

ZHANGJun-qi,YUJun-chao,WANGQing-jun

Because of the large diameter of mine feeding well, grading reaming is adopted. The wear resistant pipe of feeding well has high stiffness and heavy weight, which has high requirements on borehole verticality, lifting equipments and appliances, serious safety or quality accidents often occur in the construction. Based on a series of engineering practices, with the case of a feeding well in Inner Mongolia, this paper summarizes the drilling completion construction technology of feeding well and the key points of control.

feeding well; well drilling and completion; well verticality

2016-06-23；

2016-11-14

張軍旗，男，漢族，1973年生，技術(shù)質(zhì)量副經(jīng)理，高級工程師，長期從事巖土工程與礦山井巷工程的研究與實(shí)踐工作，河北省石家莊市建華南大街58號，zjq220102@163.com。

P634.5；TD823.11

B

1672-7428(2017)01-0057-04

(Hebei Research Institute of Construction & Geotechnical Investigation Co. Ltd., Shijiazhuang Hebei 050031, China)