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浅谈板集煤矿副井冻结造孔工程施工实践之总结
作者：钟鑫
来源：《科技资讯》2011年第31期
摘 要:冻结造孔工程质量的高低会直接影响到矿井的建设周期。只有保证冻结孔施工质量,缩短冻结时间,才能使矿井早日建成投产。本文通过板集煤矿副井冻结造孔施工的实践,总结了提高矿井冻结钻孔质量和钻效的技术方法。 关键词:煤矿 冻结造孔
中图分类号:TD265 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)11(a)-0148-01
国投新集(集团)股份有限责任公司板集煤矿位于亳州市利辛县胡集镇,北距利辛县25km,南距淮南市30km,铁路淮南线连接矿区,柏油公路横穿矿区,交通方便。该矿由合肥设计院设计,采用立井开拓,在一个工广内布置主、副、风三个立井。由于三井井壁遭到破坏,致使整个矿井被淹。经专家会议研究,决定采用冻结法封水进行井壁修复。安徽省煤田地质局第一勘探队在2010年7月先后组织五台钻机进场,经过紧张筹备于2010年7月11日正式开钻,至2011年6月12日造孔施工结束。
1 工程概况 1.1 主要技术参数
(1)副井钻井直径Φ10.8m,井筒井壁外直径9.3m,表土层厚度583m,岩性主要为粘土、砂质粘土和砂,冻结深度673m。(2)副井井筒冻结孔工程量:副井布置钻孔84个,工程量55306m。其中外排孔42个,孔深673m,工程量28266m;内排孔32个,孔深660m,工程量21120m;水文孔4个,孔深581m两个,孔深386m两个,工程量1934m;测温孔6个,孔深673m两个,孔深660m四个,工程量3986m。(3)钻孔间距:外排孔圈径19.6m,孔距1.465m,内孔圈径13.9m,孔距1.364m,测温孔和水文观测孔位置视现场情况定。 1.2 施工地质地层条件
根据板集矿井井筒检查孔综合地质报告,副井新地层厚度为583m,岩性主要为粘土、砂质粘土和砂;基岩段厚度90m主要由粉砂岩、细砂岩、泥岩、砂泥岩互层、砂质泥岩组成。板集矿新地层由于受地层扰动影响,松散层有坍塌、粘钻、漏水现象严重,表土段砂层与粘土层加之灌浆水泥互相交叠,地质条件复杂,易造成孔斜,成孔率低。根据板集井田煤矿勘探资料,将板集煤矿
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新生界地层划分为下4个含水层和3个隔水层。副井基岩段为90m,上部岩性以泥岩为主,下部以砂岩、砂质泥岩为主,岩石裂隙发育且连通性较强,岩体破碎,完整性差。
2 设备选型与准备工作 2.1 主要施工设备
(1)钻机:TSJ-2000(A),5台。(2)泥浆泵:TBW850/50,6台。(3)电动机:90kw～110kw,10台。(4)钻塔:15.3m“A”型塔,2台;24.6m“A”型塔,3台。(5)测斜仪:JDT-5A型陀螺仪,2台,精度3′,外径50mm,连续测量。 2.2 开孔前的准备工作
开钻前准备工作很多,其中主要有设备的安装及检验、技术交底及复核、设备检修和维护、各种钻具及材料的准备等。开钻前要对钻机认真找正,安装稳固、周正,使转盘中心、钻机中心和游动滑车提升重合,确保开孔垂直度;开孔前要制备一定数量优质化学泥浆。 2.3 钻孔孔径
钻孔结构力求简单,冻结孔钻进一径到底,钻孔孔径应与冻结管径相匹配:由于外排孔、测温孔及水文孔所下的冻结管规格均不大于Φ159mm,所以孔径取Φ190mm;而内排孔380m以上管径168mm,冻结孔施工工序转换快,取Φ190mm孔径可保证冻结管能下入孔内。由于井筒周围原始地层被破坏,钻进过程中有可能出现泥浆漏失的情况;用Φ190mm钻头开孔,如遇漏需注浆时,用Φ311mm钻头扩孔,下Φ219mm套管进行灌浆。 2.4 钻进方法和钻进技术参数
(1)开孔钻进。开孔是保证钻孔垂直度的关键。为确保开孔的垂直度,开孔钻进过程中应以轻压、慢转、大泵量为宜。一般控制在转数48～69r/min,转钻压500kg,泵量800～1000L/min左右。(2)正常钻进。开孔主动钻杆打完后,逐根加入Φ159mm加重管,进入正常钻进,井底压力保持4t～5t,中速,全泵量钻进,提高钻进效率。(3)基岩换岩钻进。基岩换层钻进必须严格扶把判层,换层时必须减压,慢速钻进防止换层钻进时孔斜,入岩8m～10m以后方可转入正常钻进。
3 冻结造孔施工
为达到冻结孔施工质量技术要求,水泥灰土盘制作厚度达500mm,保证在钻塔安装,施工和位移时不断裂。开孔前,对钻机进行认真找正,使转盘中心,钻孔木桩十字中心和钻机提升系统中心
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重合,即“三点一线”,优化钻具组合,保证粗径钻具具有足够的长度和刚性,钻进中确保中性点在粗径钻具上,避免因钻具弯曲而导致孔斜。严把开孔质量关,新钻头下入孔底,开始要轻压,慢转再逐渐加压,提升钻具后立即向孔内注入泥浆,防止垮孔,严格遵守钻探规程,严禁钻压忽大忽小,在软硬地层变化时,应轻压慢转。在0～18m以内层段采用灯光测斜,每孔开钻深18m布置一个测点,18m以下地段,选用JDT—5A型陀螺仪在钻杆内进行测斜,对偏斜率达到或接近2‰的层段,少打勤测,及时进行纠偏,钻孔纠偏采用移、垫钻塔纠斜与螺杆钻具定向纠斜相结合的方法,取得了较好的效果。达到设计深度时,进行终孔复位测斜。为保证冻结管下放到设计深度,每个钻孔深度从灰土盘算起均比设计孔深多1.0m～1.5m,以消除孔内岩粉沉淀对冻结管下放深度的影响。测斜成果出来后,经冻结方对终孔测斜资料较核合格后,再下放冻结管,并对冻结管作动压试验,试压合格后方可移位继续施工下一个钻孔。每个钻孔测斜成果出来后,及时按比例绘制每50m水平一个点的钻孔偏斜平面图,同时为下一个钻孔施工提供生产指导依据。在保证质量的前提下,加强现场文明施工管理,同时采取一系列措施,充分调动职工的积极性,加快了施工进度,至2011年6月12日施工完所有冻结孔。本单位在主井共完工钻孔85个,其中:外排冻结孔42个,内排冻结孔32个,测温孔7个,水文孔4个,实际完成设计总工程量55177m。 4 结语
板集矿副井井筒冻结钻孔设计工程量55306m。冻结钻孔入岩最深达90m,地层条件复杂世界罕见,极易漏失、坍塌、垮孔,粘钻施工难度大,冻结钻孔的施工严格按照业主和“冻结造孔施工组织设计“及“规范”要求作为依据进行施工,历时11个月,在矿方和监理方的支持和帮助下得以按期结束。冻结钻孔各项技术指标均满足板集矿副井井筒冻结孔质量和技术要求,高于GBJ213-90《矿山井巷工程施工及验收规范》、MT5009-94《煤矿井巷工程质量检验评定标准》中的相关规定,总体分析,冻结造孔工程质量优良。
板集矿副井井筒冻结造孔大量采用了我国近些年来摸索总结出的宝贵经验,目前,我国冻结造孔法施工技术已得到了很大的发展,在冻结法应用规模上处于世界的前列,但和国外先进技术相比,还需要改进与提高。为此,应继续探讨完善冻结孔的“钻、测、纠”的综合工艺,偏斜值控制在设计范围内。发展定向技术,既能对钻孔纠偏,又能打倾斜钻孔,满足冻结施工对造孔工艺的要求。 参考文献
[1] 唐超民.冻结造孔法施工工艺浅谈[J].论坛,2007,8.
[2] 夏文哲.复杂地质条件下冻结造孔质量控制[J].煤炭工程,2006,12.