趙集煤礦主井井筒檢查孔施工技術(shù)

陳敏虹，胥 翔

(1.安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽宿州234000;2.安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000)

趙集煤礦位于安徽省蒙城縣境內(nèi)東北約20 km。施工井檢孔的目的是在原地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上為進(jìn)一步驗(yàn)證該實(shí)井筒位置的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，為建井工程和施工提供更加可靠的技術(shù)資料。由于井檢孔施工工序多，對(duì)質(zhì)量要求高，因此施工難度大。

1 主井井筒檢查孔設(shè)計(jì)要求

該孔設(shè)計(jì)鉆孔先后穿過(guò)330 m厚的新地層、373 m厚的紅層和357 m的二疊系基巖地層，終孔深度1 060 m。

1.1 技術(shù)要求

(1)全孔取芯，獲取井筒位置的地質(zhì)、水文地質(zhì)剖面。

(2)采取巖、煤心及土、水、巖石樣;測(cè)定巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和砂、粘土層的凍結(jié)力學(xué)性能。

(3)全孔測(cè)井，查明含、隔水層數(shù)量、深度、厚度和基巖風(fēng)化帶厚度、巖性特征及含水性及裂隙發(fā)育程度，

(4)分別進(jìn)行紅層段和煤系基巖段二段抽水試驗(yàn)，取得試驗(yàn)段的水位、涌水量、滲透系數(shù)、水質(zhì)和水溫資料。

1.2 質(zhì)量要求

(1)采取率:第三、四系粘土、砂質(zhì)粘土和基巖≥75%，巖芯直徑≮80 mm;砂、礫石層和斷層破碎帶≥60%;煤層≥80%。

(2)孔斜:鉆孔偏斜率≯1.0%。

(3)測(cè)井:達(dá)到《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》MT/T1042—2007中鉆孔測(cè)井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(4)抽水試驗(yàn):紅層段含水層混合抽水孔徑≮150 mm，二疊系基巖段含水層混合抽水孔徑≮110 mm。若q≥0.01 l/s時(shí)，觀測(cè)水位降深要進(jìn)行三次，穩(wěn)定時(shí)間≮8 h;若q＞0.01l/s時(shí)，要進(jìn)行一次水位最大降深抽水，抽水時(shí)間＞36 h。

(4)封孔:全孔用水泥砂漿進(jìn)行封閉。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

(1)全孔取心，采取率要求高，粘土層要取不擾動(dòng)樣。第三、四系砂土層、基巖風(fēng)化帶松散怕沖刷，對(duì)取心器具及操作技術(shù)方法要求高。

(2)鉆孔偏斜度要求高，因孔斜大時(shí)一是將增加孔內(nèi)事故的發(fā)生，二是影響孔內(nèi)套管和抽水設(shè)備的安裝，三是偏離井筒中心遠(yuǎn)，失去施工的指導(dǎo)意義。

(3)單孔抽水二次，為取得各層的水文地質(zhì)資料，需下套管進(jìn)行止水隔離。因此起下套管作業(yè)工作量大，易發(fā)生套管事故。

(4)因下套管抽水，所以孔徑比地質(zhì)孔孔徑大，鉆孔施工周期長(zhǎng)因此對(duì)鉆孔護(hù)壁技術(shù)要求高，要求泥漿的選擇即要考濾護(hù)壁，又要防止阻塞含水層。

3 施工技術(shù)措施

本孔設(shè)計(jì)孔深1 060 m。一開用Ф110 mm鉆進(jìn)到330 m，二開用Ф91 mm鉆進(jìn)到1 060 m。經(jīng)測(cè)井確定各巖層層位后，采用逐級(jí)擴(kuò)孔成孔工藝，下入護(hù)壁管、技術(shù)管與花管。

3.1 孔身結(jié)構(gòu)與設(shè)備選擇

(1)孔身結(jié)構(gòu):0～150 m為 Ф250 mm孔徑，150～357 m為Ф170 mm孔徑，357～725m為Ф130 mm孔徑，725～1 060 m為Ф110 mm孔徑。

(2)設(shè)備選擇:TXJ－1 600鉆機(jī)，NBB－260/7泥漿泵，22.5m四角鉆塔，6 135系列柴油機(jī)，TYPE 100QJ10－120潛水泵，另配 Ф50 mm鉆桿、Ф68 mm鉆鋌、Ф89 mm巖芯管和MQ89雙管單動(dòng)取心器與測(cè)斜儀等。

3.2 施工工藝

3.2.1 取心

為保證采取率選擇合適的取芯工具和鉆進(jìn)參數(shù)是關(guān)鍵。

(1)土層、完整巖石用單管巖芯管鉆進(jìn)，回次終了前采用丟球、下卡料卡取。

(2)砂、礫石層、基巖風(fēng)化帶、煤層用雙管單動(dòng)取芯管，鉆進(jìn)回次終了干鉆0.1～0.2 m卡取，并控制鉆進(jìn)參數(shù)和回次進(jìn)尺。

(3)鉆進(jìn)參數(shù)為:壓力6～10 KN，轉(zhuǎn)速75～150 r/min，泵量100～200 L/min。

(4)控制回次進(jìn)尺長(zhǎng)度和時(shí)間。通?；卮芜M(jìn)尺長(zhǎng)度≯2 m。

3.2.2 孔斜控制

控制孔斜應(yīng)從設(shè)備安裝、開孔鉆進(jìn)、鉆具選擇和中途測(cè)斜入手，作到預(yù)防為主。

1)設(shè)備安裝

鉆場(chǎng)地基應(yīng)平坦、夯實(shí)，底層基臺(tái)木應(yīng)下臥1/3，并增加基臺(tái)木根數(shù)來(lái)增大鉆塔的承載面積。鉆機(jī)安裝要水平、周正、牢固，使天輪中心、游動(dòng)滑車和孔口中心在一垂直線上。

2)開孔鉆進(jìn)

開孔使用的粗徑鉆具要直，鉆鋌重量為所需鉆壓的150%，輕壓、慢轉(zhuǎn)。在粗徑鉆具上端適當(dāng)位置加扶正器，以增強(qiáng)鉆具回轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。鉆桿、鉆鋌、巖芯管要直，鉆具連接后其軸線要同心。

3)鉆具組合

因本孔要進(jìn)行二次抽水，鉆機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換徑次數(shù)多，鉆孔極易發(fā)生孔斜增大。因此，換徑時(shí)要先用導(dǎo)向鉆具鉆進(jìn)2～3 m，使下部粗徑鉆具形成滿眼鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)鉆具組合:鉆頭+巖芯管+扶正器+鉆鋌(1單根)+扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

換徑鉆具組合:鉆頭+小徑取芯管+大徑扶正器+鉆鋌(1單根)+大徑扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

4)中途測(cè)斜與糾斜

現(xiàn)場(chǎng)配備測(cè)斜儀器，每鉆進(jìn)20 m測(cè)斜一次，見基巖、穿過(guò)基巖風(fēng)化、破碎帶、厚煤層和換徑后應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)孔斜及時(shí)采取措施。當(dāng)孔斜頂角小，沒(méi)有超限時(shí)，可采用降斜鉆具鉆進(jìn)，并控制鉆壓和鉆速。當(dāng)孔斜項(xiàng)角明顯增大或超限時(shí)，可采用糾斜鉆具鉆進(jìn)。

降斜鉆具組合:鉆頭+短巖芯管+鉆鋌(2單根)+扶正器+鉆鋌(1單根)+扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

糾斜鉆具組合:鉆頭+螺桿+彎接頭+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

3.2.3 泥漿護(hù)壁

(1)新地層使用泥漿配方:膨潤(rùn)土粉5%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.5%，PHP0.1%，泥漿性能:粘度 18 ～23S，比重 1.05% ～1.1%，失水量 ＜15 ml/30min，pH 值 8 ～9。

(2)基巖地層泥漿配方:膨潤(rùn)土粉3%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.4% ～ 0.6%，PHP0.1%，Hkm2%，泥漿性能:粘度18 ～23S，比重 1.03% ～1.09%，失水量 ＜15mL/30 min，含砂量＜4%，pH值8～9。

(3)抽水層位鉆進(jìn)時(shí)泥漿性能::粘度 ＜18S，比重 ＜1.06%，失水量 ＜15 ml/30min，含砂量 ＜4%，pH 值 8～9。

3.3 擴(kuò)孔下套管與抽水作業(yè)

鉆孔終孔經(jīng)測(cè)井確定巖層層位、厚度、深度后，及可進(jìn)行逐級(jí)擴(kuò)孔下套管與抽水作業(yè)。本孔采用自上而下分別對(duì)紅層段抽水和基巖段混合抽水。

3.3.1 抽紅層段水

(1)鉆孔終孔后，先按設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)孔到725 m。下入Ф168 mm套管(150 m)+變徑+Ф127 mm套管(207 m)+Ф127 mm過(guò)濾管(368 m)+止水托盤到725 m處。

(2)止水:在357 m新地層底界面處，采用套管外纏海帶，海帶應(yīng)先編制成三股扁條，纏綁后長(zhǎng)度≮0.8 m與粘泥一起聯(lián)合方式進(jìn)行止水;紅層底界面725 m處采用止水托盤與粘泥球止水。同時(shí)將下部孔段用粘泥球封閉，封閉長(zhǎng)度≮10 m。

3.3.2 抽基巖段混合水

(1)在抽完上部紅層段水后，下鉆具將將下部鉆孔透開，然后按要求進(jìn)行擴(kuò)孔后下入Ф127 mm套管(145 m)+變徑+Ф89 mm套管(580 m)+止水托盤 +Ф89 mm過(guò)濾管(335 m)至孔底1 060 m。

(2)止水:在725 m紅層底界面處，采用止水托盤、粘泥球及海帶進(jìn)行止水。

3.3.3 套管下入注意事項(xiàng)

(1)下套管前應(yīng)進(jìn)行順孔，順孔套管長(zhǎng)度在20 m左右。

(2)地面對(duì)套管進(jìn)行檢查、丈量，彎曲和絲扣不合格的禁止使用。

(3)下套管時(shí)管與管之間連接要快，絲扣處應(yīng)涂抹鉛油，注意檢查套管的連接質(zhì)量。

(4)配好套管，過(guò)濾管長(zhǎng)度，確保套管準(zhǔn)確下入到止水部位。并將下管情況及時(shí)記錄在班報(bào)上。

(5)下套管過(guò)程中卡瓦要上緊，下放套管時(shí)要穩(wěn)，防止跑管。

3.4 洗孔與抽水試驗(yàn)

本孔采用自上而下分二次進(jìn)行抽水，每次抽水前應(yīng)進(jìn)行洗孔作業(yè)。

(1)洗孔:用清水沖射與抽水洗孔相結(jié)合的方法。洗至水清砂凈。

(2)抽水試驗(yàn):用潛水泵進(jìn)行抽水試驗(yàn)，并用流量?jī)x進(jìn)行流量測(cè)井。

3.5 封孔

在完成了抽水任務(wù)，并將孔內(nèi)套管起出后，可對(duì)鉆孔進(jìn)行封閉作業(yè)。

(1)根據(jù)孔徑及長(zhǎng)度分段計(jì)算出所需用的封孔材料用量。

(2)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔封閉作業(yè)。

(3)在設(shè)計(jì)深度下砂漿取樣器進(jìn)行采取水泥砂漿樣。

4 結(jié)語(yǔ)

本孔在合同工期內(nèi)順利竣工，并通過(guò)礦方組織的驗(yàn)收，工程質(zhì)量達(dá)到合同要求，受到礦方的好評(píng)。煤礦井筒檢查孔由于其工作項(xiàng)目多，施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)求高，施工難度大，因此必須制定周密的作業(yè)計(jì)劃。特別是設(shè)計(jì)抽水及套管下入作業(yè)程序，嚴(yán)防發(fā)生套管事故。再者是根據(jù)不同地層條件，選擇沖洗液及調(diào)整性能指標(biāo)，在不傷害含水層的前提下，維護(hù)孔壁穩(wěn)定，保證孔內(nèi)安全。

［1］韓廣德，金寶昌，丁祥發(fā)等.中國(guó)煤炭工業(yè)鉆探工程學(xué)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

［2］耿建國(guó).煤礦井筒檢查孔施工技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005，(3).

［3］煤田地質(zhì)總局.鉆探工藝［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1995。

［4］煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.MT/T 1042—2007.

［5］煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程［S］.MT/T 1076—2008.