“三級(jí)套管”鉆孔技術(shù)在奧灰孔中的應(yīng)用

韓 劍

(潞安集團(tuán)高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

1 概況

高河能源作為潞安集團(tuán)公司的全礦帶壓開采礦井，在3#煤開采時(shí)，在正常地段奧灰突水系數(shù)為0.0195～0.0283MPa/m（見表1），小于《煤礦防治水規(guī)定》突水臨界值0.06MPa/m，一般情況下不會(huì)突水，但井田內(nèi)存在巖溶陷落柱和較多斷層，在這些薄弱地帶，奧灰水仍有可能突入礦井。

表1 奧灰資料及突水系數(shù)計(jì)算一覽表

為探查高河能源有限公司井下奧陶系峰峰組灰?guī)r的富水性，觀測(cè)奧灰水的水位，為礦井防治水工作提供依據(jù)，在井下施工能觀測(cè)奧灰水位觀測(cè)孔2個(gè)。

2 奧灰水觀測(cè)鉆孔鉆探施工機(jī)理

（1）奧陶紀(jì)灰?guī)r是地質(zhì)史上海侵蝕最廣泛的時(shí)期之一，含水量非常豐富。奧灰水鉆孔施工的難度，在于它的壓力特別大，不能簡(jiǎn)單地像其他含水層一樣下一級(jí)套管，這樣無法保證套管的強(qiáng)度。

（2）根據(jù)奧灰水的特點(diǎn)，在施工奧灰水水位觀測(cè)孔時(shí)采用“三級(jí)套管”技術(shù)，既保證了施工的安全，也為以后可能導(dǎo)通奧灰水的巖溶陷落柱和大的斷層鉆孔探測(cè)提供了施工技術(shù)?！叭?jí)套管”具有顯著優(yōu)點(diǎn)：①鉆孔施工過程中“三級(jí)套管”逐級(jí)套入，可以防止3#煤層至奧灰中部的K7、K5、K2、太灰等含水層突水，防止事故的發(fā)生。②可以隔斷3#煤層下的各含水層，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)不會(huì)造成影響。③奧灰水觀測(cè)孔在運(yùn)行過程中，如果有其中一級(jí)套管失效，還有二級(jí)套管，能承受足夠的壓力，為及時(shí)更換套管提供可能性。

3 奧灰水文觀測(cè)孔“三級(jí)套管”施工

以1#孔為例介紹奧灰水觀測(cè)孔的施工技術(shù)。

3.1 鉆孔位置

根據(jù)瞬變電磁勘探資料，1#水文觀測(cè)孔布置在+450m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷內(nèi)（+450m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷與E1302膠帶順槽交口處，孔口坐標(biāo)：X=38410201；Y=4002632；Z=+493.202m）。打鉆地點(diǎn)位于+450m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷與E1302膠帶順槽交口處，該范圍內(nèi)無地質(zhì)異常區(qū)域，無地質(zhì)構(gòu)造，鉆孔開口處位于全煤巷道內(nèi)，巷道位于3#煤層，巷道底部有大于2m厚的煤層，鉆探過程中將穿過3#煤及15#煤層。

3.2 鉆孔參數(shù)

該鉆孔布置在+450m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷內(nèi)，設(shè)計(jì)孔深450m，終孔層位為進(jìn)入奧陶系灰?guī)r320m，本孔為井下施工，既做奧灰放水孔，又作奧灰水位長(zhǎng)觀孔（見表2）。

表2 +450m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 施工設(shè)備

施工主要設(shè)備有ZDY4000S型全液壓坑道鉆機(jī)一臺(tái)、SGB9-12型注漿泵一臺(tái)、Ф73鉆桿500根、Ф146套管20m、Ф127套管85m、Ф108套管130m、Ф159無芯鉆頭、Ф133無芯鉆頭、Ф113無芯鉆頭、Ф94無芯鉆頭等鉆具。

3.4 施工工藝

（1）鉆進(jìn)時(shí)給壓均勻，速度壓力根據(jù)巖性合理選定，鉆頭優(yōu)選金剛石復(fù)合片鉆頭、孕鑲鉆頭等，每種規(guī)格要有3～5個(gè)鉆頭相互交替使用至任務(wù)完成，每次更換鉆頭前禁止出現(xiàn)錐形鉆孔段，換徑必須有導(dǎo)向，回鉆進(jìn)尺長(zhǎng)度根據(jù)巖性情況而定。

（2）未見含水層前安裝好套管及孔口防噴裝置，嚴(yán)防遇大水時(shí)造成不必要的影響。

（3）止水器必須安裝在巖性完整、隔水性能良好的巖層中。

（4）下套管要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕連接頭公差配合有誤。

（5）連接頭必須綜合使用麻絲、水繩等，防止O2灰?guī)r水與K2、K5灰?guī)r水相串。

（6）開孔Ф159mm鉆進(jìn)12m，徹底清取孔底巖芯、巖粉后下入Ф146mm一級(jí)套管12m至孔底，套管下端攜帶快速固管化學(xué)原料或止水器，管壁后灌入的水泥漿中摻入3～5‰水泥快速結(jié)合添加劑完成固管工序，然后孔口安裝測(cè)壓系統(tǒng)（分水閥、壓力表、四通、注水測(cè)壓閥、孔口法蘭盤等），孔口壓力水水壓不小于6MPa，穩(wěn)壓時(shí)間超過30min，試驗(yàn)合格后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

（7）換徑Ф133mm向下鉆進(jìn)至K2灰?guī)r頂部，徹底清取孔底巖芯、巖粉方可下入二級(jí)Ф127mm套管75m，套管下端安設(shè)管式專用止水器入底，調(diào)整止水器達(dá)到預(yù)定止水要求。壁后灌注水泥漿至孔口，安裝好孔口測(cè)壓裝置，做耐壓試驗(yàn)，孔口壓力水水壓不小于6MPa，穩(wěn)壓時(shí)間超過30min，試驗(yàn)合格后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

（8）換徑Ф113mm向下鉆進(jìn)至奧陶系峰峰組穩(wěn)定灰?guī)r頂面以下5m，徹底清取孔底巖芯、巖粉方可下入三級(jí)Ф108mm套管120m，套管下端安設(shè)管式專用止水器入底，調(diào)整止水器到孔底以上30m處達(dá)到止水要求。從孔向上灌注水泥漿至止水器，安裝好孔口測(cè)壓裝置，做耐壓試驗(yàn)，孔口壓力水水壓不小于6MPa，穩(wěn)壓時(shí)間超過30min，試驗(yàn)合格后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

（9）換徑Ф94mm向下鉆進(jìn)至450m終孔。施工中做好簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，觀測(cè)水量、水溫、水壓。

（10）封孔所用水泥漿的配比為1：1，水泥添加劑的比例為10：1。

4 結(jié)語(yǔ)

在奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔施工中，最難的是下的套管能保證滿足奧灰水的巨大壓力?！叭?jí)套管”承載能力強(qiáng)，既能滿足施工的壓力要求，又能保證長(zhǎng)期作業(yè)要求。高河能源首次采用的“三級(jí)套管”，取得了良好效果，從鉆孔施工完畢到現(xiàn)在的兩年時(shí)間里，沒有出現(xiàn)壓力太大，導(dǎo)致鉆孔漏水問題。