大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)注漿孔造孔施工工藝

趙仲霖 孫 光 陳振國 董慶歡

(1.天地科技建井研究院；2.北京中煤礦山工程有限公司)

大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)注漿孔造孔施工工藝

趙仲霖1,2孫 光1,2陳振國1,2董慶歡1,2

(1.天地科技建井研究院；2.北京中煤礦山工程有限公司)

基于大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)在開鑿過程中面臨的地下涌水危害，采用地面預注漿施工技術對圍巖進行堵水加固處理。在地面預注漿工程中注漿孔的造孔施工是首要工序，為保證注漿鉆孔的施工質(zhì)量，分別從造孔設備選型、特殊地層造孔、測斜糾偏等方面對造孔施工工藝進行分析，鉆孔的終孔斜率均不高于3.30‰，為確保溜破系統(tǒng)地面預注漿工程的順利實施提供參考。

溜破系統(tǒng) 地面預注漿 注漿孔 造孔工藝 堵水加固

大賈莊鐵礦屬唐鋼司家營鐵礦南區(qū)，位于河北省灤縣南部與灤南縣北部交接處。溜破系統(tǒng)位于該鐵礦主井正西100 m，1#副井西偏北120 m處，據(jù)相關地質(zhì)勘察報告，該溜破系統(tǒng)在開挖施工時將受到地下水的影響，因而有必要采用地面預注漿工藝對基巖含水層進行加固堵水治理[1-2]，注漿孔造孔施工質(zhì)量的優(yōu)劣，直接決定注漿質(zhì)量和堵水效果。大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)地質(zhì)情況復雜，注漿治理范圍大，因此注漿孔的造孔施工便顯得尤為重要。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

溜破系統(tǒng)處主要巖土層分布情況：上部為第四系全新統(tǒng)(Q4)沖洪積成因的粉質(zhì)黏土、粗砂、卵石、圓礫；中部為上更新統(tǒng)(Q3)沖洪積成因的粉質(zhì)黏土、卵石、圓礫、礫砂；下部為中更新統(tǒng)(Q2)沖洪積成因的粉質(zhì)黏土、中砂、粗砂、粉質(zhì)黏土夾黏土及殘積成因的砂質(zhì)黏性土；底部為上太古界灤縣司家營組(Ar2S)混合巖、混合花崗巖、黑云變粒巖、偉晶巖脈。各巖土層的分布特征見表1。

表1 溜破系統(tǒng)巖層分布特征

2 注漿孔設計

鉆孔結(jié)構分類及單孔工程量見表2。注漿孔偏斜率≤5‰，第四系偏斜率≤3‰。

表2 鉆孔結(jié)構分類及單孔工程量

3 注漿造孔施工工藝

3.1 設備選型

綜合大賈莊鐵礦地面預注漿工程的施工經(jīng)驗，對比TXJ-1600型巖芯鉆機，溜破系統(tǒng)注漿孔選用效率更高的TSJ-2000型水源鉆機，該鉆機自動化程度高，挪塔靈活，搭配TBW850/5A型柱塞泥漿泵鉆探施工，鉆頭采用三牙輪鑲尺合金鉆頭。測斜儀器選用2臺JDT-5A、1臺JDT-6測斜定向儀、2臺測斜絞車。定向鉆具采用5LZ146×7.0、5LZ130×7.0、5LZ102×7.0等3種型號1.5°的單彎螺桿鉆具，分別用于φ245 mm、φ190 mm、φ130.2 mm鉆孔的糾偏定向施工。

3.2 造孔施工工藝

3.2.1φ245 mm鉆孔

φ245 mm鉆孔穿過第四系和基巖風化帶，第四系表土層0～143.8 m共15層，主要含耕土、粉土、圓礫、卵石、細砂、中砂、礫砂、砂土等?；鶐r風化帶143.8～176.7 m共5層，主要包含云母、高嶺土、石英、長石、黑云母、黑云變粒巖、混合花崗巖，巖石裂隙發(fā)育、易碎。根據(jù)地層情況，配備鉆具組合：φ245 mm鉆頭+2～3根φ165 mm加重桿+1臺φ230 mm扶正器+φ89 mm鉆桿。在該段造孔施工過程中，泥漿漏失量大，巖粉粒徑較大，易造成泥漿泵閥損壞，特殊層位鉆進情況見表3。

表3 φ245 mm鉆孔特殊層位鉆進情況

第四系表土段鉆進過程中，在7.5～70.2 m處揭露卵礫石層，泥漿漏失嚴重，平均消耗10 m3/h，嚴重時達到30 m3/h，并伴有罷車、塌孔等現(xiàn)象。造孔過程中，大量巖粉、巖屑被沖洗液帶至地面，巖屑顆粒達到10～20 mm。卵礫石層和基巖風化帶施工事故發(fā)生率較高，可采取以下措施：①在開孔前使用當?shù)丶t土、膨潤土加水調(diào)制成鉆孔泥漿，密度達到1.2～1.3 g/cm3，黏度30 Pa·s以上，加火堿或純堿將pH值調(diào)制到9左右，如需大量制漿，則現(xiàn)場調(diào)用NJ-30制漿機進行機械制漿；②看泵人員每小時測定1次漿液參數(shù)，并記錄漿液的消耗情況；③現(xiàn)場準備膨潤土，鋸末等堵漏材料，如遇破碎帶漿液漏失，根據(jù)漏失量的大小適當添加膨潤土提高泥漿黏度，提高攜帶巖粉能力；④必要時將當?shù)丶t土搓制成拳頭大小的泥球投入孔底進行堵漏加固，確保孔壁穩(wěn)定；⑤在鉆進至143.8～172.4 m 基巖風化帶和172.4～176.7 m破碎帶時，個別鉆孔漏漿嚴重，溜井L2#、L4#孔在鉆進至173，160 m時突然全孔漏漿并發(fā)生埋鉆事故，采用2臺150 t液壓千斤頂，φ73 mm反絲鉆具等解卡設備，對事故鉆孔進行套掃，經(jīng)1周處理，所有鉆具全部處理完畢；⑥為防止發(fā)生坍塌埋鉆事故，采用分級鉆進方法，即從140～150 m開始，使用φ130.2 mm鉆頭鉆進探孔，探至190 m的套管下放深度后，換用φ245 mm鉆頭進行擴孔。

3.2.2φ190 mm、φ130.2 mm鉆孔

φ190 mm、φ130.2 mm鉆孔從190～577 m開始(均屬于基巖段)鉆進，巖石硬度高，使得鉆進速度較慢。大賈莊鐵礦地層在褶皺與斷裂等構造作用下，形成了以高角度裂隙為主的裂隙形態(tài)，裂隙發(fā)育角度不規(guī)律，且微裂隙極為發(fā)育，裂隙傾角主要有30°～80°不等，個別層位高達80°～85°。根據(jù)地層情況配備了鉆具組合：①φ190 mm鉆孔選用φ190 mm鉆頭+1～2根φ165 mm加重桿+φ89 mm鉆桿；②φ130.2 mm鉆孔選用φ130.2 mm鉆頭+1～2根φ121 mm加重桿+φ89 mm鉆桿。φ190 mm、φ130.2 mm鉆孔平均日進尺10～25 m。特殊層位鉆進情況見表4。

表4 基巖段特殊層位鉆進情況

基巖段造孔特點：①鉆頭損耗率高，平均50 m便需更換新鉆頭；②鉆具磨損率高，頻繁出現(xiàn)加重桿、鉆桿上端公扣疲勞折斷現(xiàn)象，應及時檢查鉆桿，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；③鉆孔偏斜率變化快，平均10～18 m便應進行測斜，定向施工頻繁，根據(jù)偏斜情況采取相應的糾偏措施；④采取預先定向的措施，即在鉆孔施工過程中，逆著鉆孔在地層中偏斜的方向進行小角度預定向施工；⑤鉆進過程中，泥漿平均漏失量達1～3 m3/h，但個別鉆孔特殊層位的泥漿漏失量達6～10 m3/h，L2#孔在339～341 m段揭露破碎帶時，泥漿漏失量達6～7.2 m3/h，L6#孔在278～283 m段揭露破碎帶時，泥漿漏失量達9.6 m3/h。在基巖段鉆進過程中，漿液有所消耗，可采用定段高、定方量、無壓灌單液水泥漿對孔壁進行分次加固處理。裸孔段鉆進約80 m后，無壓定量往孔內(nèi)灌入單液水泥漿(水灰比0.75∶(1～0.6)∶1)，如遇破碎帶，泥漿漏失嚴重，可根據(jù)相應的情況減小加固段高，增加加固次數(shù)。

4 應用結(jié)果

施工完成的L1#、L3#、L5#鉆孔，終孔深度均為577 m，平均每個孔需測斜30～40次，定向10～20次。L1#、L3#、L5#鉆孔測斜數(shù)據(jù)見表5。由表5可知：所有鉆孔的終孔斜率均小于3.3%，終孔偏距均小于1 m，滿足了設計要求，保證了泥漿孔的施工質(zhì)量及注漿效果。

表5 L1#、L3#、L5#鉆孔測斜數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

為有效應對大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)在開鑿過程中面臨的地下涌水危害，著重對地面預注漿施工中的注漿造孔工藝進行了詳細分析，應用效果顯著，對于確保該溜破系統(tǒng)地面預注漿工程的施工質(zhì)量有一定的參考價值。

[1] 孫 光，陳振國.地面預注漿技術在大賈莊鐵礦主井建設中的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(3)：158-160.

[2] 劉 科，武泉森.特殊地質(zhì)條件下井筒地面預注漿施工技術[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(7)：185-186.

2015-08-11)

趙仲霖(1985—)，男，工程師，碩士，100013 北京市朝陽區(qū)和平里青年溝路5號。