大口徑垂直鉆孔防斜工藝技術(shù)探討

摘 要：大口徑鉆孔在煤礦生產(chǎn)建設(shè)應(yīng)用日益廣泛，如：瓦斯孔、電纜孔、排水孔、井檢孔、水文試驗孔等；保證大口徑鉆孔垂直度，直接鉆到靶點，是大口徑鉆孔施工研究的主要課題；近年，在七臺河各類大口徑鉆孔施工中，探索出成型防斜經(jīng)驗，優(yōu)質(zhì)高效地完成了大口徑垂直鉆孔施工任務(wù)。

關(guān)鍵詞：大口徑；防斜；工藝技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.093

0 引言

大口徑鉆孔施工，孔斜控制是較大難點，鉆具在孔內(nèi)會產(chǎn)生彎曲和變形等不良現(xiàn)象，會進一步加重磨損程度，還會使摩擦阻力增大，甚至會引發(fā)鉆桿折斷等施工事故，以及鉆具升降困難、鉆速下降以及功耗增加等問題的出現(xiàn)，這都會導(dǎo)致成孔的難度增大和鉆孔成本的增加，甚至會使鉆孔事故的發(fā)生率增加。由此可以看出，加強對鉆孔彎曲現(xiàn)象的預(yù)防以及有效地防斜保直，是鉆孔施工重點關(guān)注的一項課題。

1 采用設(shè)備

（1）SPS-600型、RPS-型2600鉆機；（2）山東青能—型泥漿泵；

（3）26m角鋼塔；（4）---型柴油機；（5）---電動機；（6）φ393.7mm、φ444.4mm三牙輪鉆頭；（7）φ241mm加重管；（8）φ383mm、φ434mm螺旋扶正器；（9）φ383mm、φ434mm滾輪絞孔器。

2 設(shè)備安裝及開孔

（1）鉆塔塔基四角及設(shè)備承重處挖1.2m以上樁坑采用混凝土灌注，使用水準儀超平，塔基及底盤做到水平，穩(wěn)固，周正。

（2）根據(jù)設(shè)計要求進行鉆機的安裝，并確保孔口中心、立軸、天輪的位置在同一條直線上。

（3）根據(jù)設(shè)計要求進行孔口管的固定，特別是要保證粗徑鉆的狀態(tài)是直的，長度在10m左右。

（4）選取帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具進行換徑。

3 鉆孔彎曲主要原因

3.1 地質(zhì)因素

（1）巖石的各向異性。碎巖效率一般與巖層的方向有著密切的關(guān)系，并且根據(jù)施工經(jīng)驗一般垂直方向的巖層碎巖效率要比平行方向的效率高一些，這就會導(dǎo)致在傾斜的巖層中進行鉆進施工會發(fā)生垂直方向彎曲的不良現(xiàn)象，這又被稱為頂層進。（2）軟硬互層。鉆孔從軟件進入硬巖時，由于受到的阻力大小不同會發(fā)生不同程度的彎曲，彎曲的方向通常是與層面的方向垂直；當鉆孔從硬巖進入軟巖的時候，彎曲的方向通常是與法線方向偏離的趨勢，但較硬的孔壁會對鉆具的偏移產(chǎn)生限制，使其能夠基本保持方向不變。

鉆孔遇層角存在一定的臨界值，低于它的時候鉆孔將沿硬巖的層面下滑，高于它的時候鉆孔則頂層進。

3.2 技術(shù)因素

（1）在設(shè)備安裝過程中要根據(jù)相關(guān)的要求和步驟進行安裝，一些不合規(guī)范的問題都要嚴格避免，例如鉆機基礎(chǔ)不平、立軸安裝不規(guī)范、未下未下孔口管等。（2）對于安裝過程中出現(xiàn)的鉆孔彎曲問題，我們在連續(xù)的現(xiàn)場施工和研究實踐中探索并總結(jié)了一些鉆孔防斜保直的舉措，具體如下：根據(jù)地層的實際條件來設(shè)計鉆孔，并且在布置過程中要注意保持鉆孔遇巖層的層面和走向垂直，例如在富強煤礦瓦斯排放鉆孔施工時，兩個鉆孔相距為11米，孔深為275米，經(jīng)過對施工現(xiàn)場的分析和研究之后我們均按照巖層的走向?qū)︺@孔進行布置，終于取得了較好的防斜保直控制效果，將兩個鉆孔的孔底位移分別控制在1.2米和0.8米，這既方便富強煤礦順利找到兩個鉆孔，大大縮短了工期，還有效降低了施工成本。

4 保證安裝質(zhì)量，把好換徑關(guān)

（1）安裝過程中要確保地基狀態(tài)的平整，盡量使其更加堅實、穩(wěn)固。

（2）根據(jù)設(shè)計要求進行鉆機的安裝，并確?？卓?、立軸、天輪的位置在同一條直線上。

（3）根據(jù)設(shè)計要求進行孔口管的固定，特別是要保證粗徑鉆的狀態(tài)是直的，長度在10m左右。

（4）選取帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具來換徑。

5 采用合理的鉆具結(jié)構(gòu)

（1）優(yōu)先選用滿眼鉆具，是因為這樣結(jié)構(gòu)的鉆具一是可以盡量降低由于工藝因素造成的孔斜，二是可以盡量削弱由于地質(zhì)因素造成的促斜。

（2）滿眼鉆具是由3-5個外徑與鉆頭直徑相近的扶正器和一些外徑較大的鉆鋌組成，具有剛性大和填滿孔眼兩個特點。

（3）鉆具結(jié)構(gòu)中的直徑規(guī)格分別為：鋼齒牙輪鉆頭φ374mm，扶正器為φ374mm，鉆鋌φ146mm。

（4）采用扶正器提高穩(wěn)定性。扶正器有著間隙小、支撐面多、耐磨性高、剛度強等特點，并且泥漿循環(huán)通路良好，所以是孔底鉆具組合的重要組分之一。我們在施工中采用直徑為φ374mm的整體螺旋式扶正器，將其和三個扶正器連接起來，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆具剛度的增大和鉆頭傾斜交的減小，確保孔內(nèi)的鉆具處于居中狀態(tài)，限制鉆柱發(fā)生彎曲的程度，并盡量降低增斜力。新建煤礦瓦斯排放鉆孔中，通過這種施工工藝能夠提高鉆孔的精度，精確到設(shè)計標高-100米處在僅為2.5米寬的巷道中做到孔底0位移、無偏差的優(yōu)質(zhì)鉆孔。

（5）增強粗徑鉆具的剛度，防止鉆具自身彎曲。在材質(zhì)的選擇上采取專用地質(zhì)管材，其中鉆鋌直徑為φ146mm，壁厚為40mm；鉆桿直徑為φ89mm，壁厚為10mm。

6 選擇合理的技術(shù)參數(shù)

按照地層巖性和巖層的變化情況，對增壓還是減壓縮進進行科學合理的選擇。并適當調(diào)整泵量、泵壓，適當降低轉(zhuǎn)速，取得較好效果。

7 結(jié)語

七臺河地質(zhì)隊采用合理防斜工藝曾經(jīng)先后在新強煤礦、新鐵煤礦、新立煤礦、新建煤礦等8個大口徑瓦斯抽放鉆孔順利完成施工任務(wù)，其中孔底偏移位移都實現(xiàn)了在2.50米以內(nèi)的合理控制。通過這樣的工藝實現(xiàn)了排放鉆孔和井下瓦斯排放管路的順利連接，改善了礦井瓦斯及時排放的問題，使礦井作業(yè)更加安全，同時控制更加精確，成本也更低。

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作者簡介：楊世杰（1963-），男，鉆探工程師，地質(zhì)隊隊長，鉆探工程專業(yè)。