大孔徑鉆孔在復(fù)雜地質(zhì)條件施工工藝的探索及應(yīng)用

王勇 張雷于丹張少輝

（恒源煤電股份有限公司任樓煤礦，安徽 宿州 235123）

1 引言

由于任樓礦地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層透氣性差，在施工不同傾角鉆孔過(guò)程中穿層次數(shù)多、煤軟、巖石破碎、且中間夾雜著2-3m泥巖，施工難度較大，打鉆過(guò)程中頂鉆、卡鉆、塌孔、糊鉆現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響鉆孔的施工；通過(guò)不斷在施工中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套適用于煤礦井下不同煤巖層條件下鉆孔施工工藝。現(xiàn)舉2例不同地質(zhì)條件及不同傾角的施工工藝加以說(shuō)明。

2 7258風(fēng)巷9＃高位鉆場(chǎng)

2.1 地質(zhì)條件

恒源煤電任樓煤礦7258工作面位于礦井二水平，煤層埋藏較深，本工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，煤巖層呈近單斜構(gòu)造，走向自北向南為 N30°～N55°,傾向?yàn)?120°～145°；該工作面直接頂為灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，0.44～5.36m，平均2.55m±。煤的破壞類型為Ⅲ類破壞類型煤層，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f平均值為0.4490。本區(qū)煤層頂?shù)装寰植可皫r裂隙含水豐富，連通性較好。施工的7258工作面8＃、9＃、10＃高位鉆場(chǎng)，鉆孔孔深均在180米，鉆孔開(kāi)孔巖層層位位于72煤層直接頂5米，開(kāi)孔層位為泥巖，巖層破碎。

2.2 施工工藝

因設(shè)計(jì)的近水平鉆孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，采用ZDY-3200S型液壓鉆機(jī)施工，初始施工時(shí)直接采用φ113mm鉆頭帶φ108mm導(dǎo)向施工，開(kāi)孔施工因孔口斷巖層比較破碎，鉆孔后路塌孔嚴(yán)重，很難成型，即使達(dá)到砂巖巖層，后路塌孔導(dǎo)致施工困難，決定改變鉆孔施工工藝，采用φ146mm套管跟管進(jìn)尺施工到砂巖段，對(duì)此段松散巖層進(jìn)行護(hù)壁20-30m，再用φ113mm鉆頭帶φ108mm導(dǎo)向繼續(xù)施工，當(dāng)遇到第二個(gè)破碎帶時(shí)在提鉆下φ108mm套管護(hù)壁，在變徑施工到孔底，采用雙重套管護(hù)壁方法成功施工了3個(gè)高位鉆場(chǎng)鉆孔，鉆孔深度均達(dá)到了設(shè)計(jì)孔深后在對(duì)鉆場(chǎng)整個(gè)墻壁進(jìn)行噴漿，且孔壁破碎20米段進(jìn)行全斷面注漿，防止抽放時(shí)漏氣，現(xiàn)在以上鉆場(chǎng)瓦斯抽放濃度均能達(dá)到50%以上。

3 Ⅱ51軌道上山

3.1 地質(zhì)條件

任樓煤礦Ⅱ51軌道上山水文鉆孔設(shè)計(jì)施工段地層為單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀90°∠16°±。煤層硬度系數(shù)約0.3，巖層硬度系數(shù)小于6，鉆孔所穿過(guò)的巖層為細(xì)砂巖、鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、5煤組，且鋁質(zhì)泥巖遇水后易膨脹，對(duì)鉆孔施工不利，且5煤組均在開(kāi)孔后的28m至45m處，該5煤組及5煤泥巖頂?shù)装逶谑┿@過(guò)程中遇水后易膨脹、塌孔。

3.2 施工工藝

開(kāi)孔采用傳統(tǒng)的鉆孔施工方式即采用φ127mm鉆頭取芯進(jìn)尺30.5m（若此處穿煤，應(yīng)鉆進(jìn)至煤底板下1.0m為準(zhǔn)），下入φ108mm套管30米，注漿固管，待72小時(shí)后掃孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的施工方式，致使成孔率較低，即使在采取措施后保證鉆孔前45m孔段能正常施工完畢，但在隨后的下套管及注漿固管的工序中，由于煤層及泥巖頂?shù)装蹇锥斡鏊笈蛎?、塌孔，致使鉆孔套管無(wú)法下到指定位置，即使套管下到位由于孔壁與套管間間隙被膨脹的煤、巖堵塞，注漿固管時(shí)漿液無(wú)法有效返出，造成注漿固管失敗，無(wú)法達(dá)到固管試壓要求；這就要求尋求新的施工工藝：

⑴材質(zhì)上考慮，進(jìn)特殊地質(zhì)套管，確保套管質(zhì)量，防止施工中出現(xiàn)脫扣后扭斷現(xiàn)象，造成套管脫節(jié)；

⑵鉆探工藝上改進(jìn)，首先采用φ146mm取芯鉆頭施工5m，下入5mφ146mm孔口管。采用壓風(fēng)，用φ127mm鉆頭配合麻花鉆桿鉆進(jìn)至5煤組及5煤泥巖底板1～2m后下入φ127mm套管。采用JD-WFK-2型速凝膨脹封孔劑注漿固管，注漿后12個(gè)小時(shí)即可掃孔試壓，每個(gè)鉆孔固管時(shí)間相對(duì)于采用水泥注漿固管可縮短了60個(gè)小時(shí)。

⑶試壓合格后，采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，利用泥漿的浮懸、攜帶鉆渣、清洗孔底、冷卻鉆頭等作用進(jìn)行全孔泥漿鉆進(jìn)，鉆孔泥漿對(duì)孔壁的靜壓力和泥漿在孔壁上形成的泥皮可以有效地防止煤孔段孔壁坍塌。除此之外，利用泥漿具有的攜渣和冷卻、潤(rùn)滑機(jī)具作用，具有一定粘度的泥漿可以攜帶巖粉一起排出。泥漿可以作機(jī)具的潤(rùn)滑和冷卻劑，在沖洗機(jī)具的同時(shí),也冷卻的機(jī)具。防止孔壁坍塌或剝落，并維持孔內(nèi)的形狀不變。且泥漿具有支承開(kāi)挖，懸浮巖屑，避免巖粉在孔底堆積等作用。` ⑷泥漿池管理。施工期間保證泥漿的粘度，不定期往泥漿池內(nèi)加氫，以使泥漿中的巖粉顆粒沉淀，每施工完一個(gè)鉆孔必須清理用過(guò)的泥漿及清洗泥漿池，重新打制泥漿。由于采取的措施得當(dāng)該工程比計(jì)劃的時(shí)間提前5天完工。

3.3 泥漿池布置

由于軌道迎頭空間有限，條件上制約了鉆機(jī)及鉆孔的布置施工；為改善施鉆條件及提高鉆進(jìn)效率，在迎頭退后4米左右各施工一個(gè)B×H×L=4m×3.6m×4m的鉆場(chǎng)，并在軌道迎頭施工一個(gè) B×H×L=3m×2.5m×1m 的均分三隔間的泥漿、沉淀、排水池（見(jiàn)下圖）。泥漿池中間澆筑150mm厚隔墻，池壁澆筑厚度不小于100mm，池口水平低于鉆場(chǎng)底板500mm；且泥漿池施工必須保證池壁、池底不漏水。鉆場(chǎng)底板必須挖掘到實(shí)底后方可澆筑水泥地坪，保證鉆機(jī)地錨穩(wěn)固牢靠。

平面圖如圖所示：

4 結(jié)論

由于任樓礦地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層透氣性差，其工藝的實(shí)施是個(gè)難題。通過(guò)在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鉆進(jìn)施工工藝的新技術(shù)、新工藝進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，增加了鉆孔成孔率及深度，孔壁完整性進(jìn)一步提高。今后隨著新技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，鉆孔的施工工藝會(huì)得到繼續(xù)發(fā)展，取得較好的效果。

[1]肖洪波.大孔徑鉆孔野外施工工藝的比選[J].人民長(zhǎng)江，2009，（40）6

[2]陳品富,惠少卿.大孔徑深孔鉆孔樁成