礦山大口徑排水鉆孔的施工工藝探討

賀宏偉

（北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

1 總體設(shè)計(jì)方案

（1）鉆孔設(shè)計(jì)。本排水孔工程孔深550m，下放Φ426mm×12mm無縫金屬管，最終裸孔孔徑要大于鋼管直徑，設(shè)計(jì)為Φ550mm，因裸孔孔徑過大不能一次施工完成，要經(jīng)過導(dǎo)孔+兩級(jí)擴(kuò)孔后最終成孔。

（2）鉆進(jìn)過程中導(dǎo)孔+兩級(jí)擴(kuò)孔的鉆具優(yōu)化組合。①導(dǎo)向孔：φ190mm鑲齒合金鉆頭，φ159mm加重鉆桿4單根，89mm鉆桿+方鉆桿。②一級(jí)鉆孔：φ350mm鑲齒組合鉆頭，φ178mm加重鉆桿4單根，φ159mm加重鉆桿2單根，φ89mm鉆桿和方鉆桿。③兩級(jí)鉆孔：φ550mm鑲齒組合鉆頭，φ178mm加重鉆桿4單根，φ89mm鉆桿和方鉆桿。

2 施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)及要素

（1）鉆孔沖洗液。本工程鉆進(jìn)采用泥漿作為鉆孔沖洗液。泥漿為低固相聚合物泥漿，要求泥漿具有較高的攜帶和懸浮巖屑的能力。①鉆孔泥漿配制。采用泥漿土粉、碳酸鈉、纖維素、燒堿（NaOH）和清水進(jìn)行配漿。②鉆孔泥漿性能。泥漿性能要求：鉆孔泥漿粘度控制為25S～35S，泥漿失水量＜18mL/30min,泥漿比重＜1.12g/cm3，pH值9～11，含砂量控制＜2%。

（2）鉆孔防斜。①把好開孔關(guān)，開孔采用輕壓中等轉(zhuǎn)速。②鉆頭和鉆具的組合要配置合理，根據(jù)鉆頭承受壓力以及孔內(nèi)產(chǎn)生的扭矩合理的配置加重鉆桿的數(shù)量。③鉆進(jìn)過程中要使用陀螺測斜儀檢測孔的斜度變化，每30m測一次。根據(jù)孔斜變化合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，孔斜超限時(shí)，下入φ146mm螺桿鉆具配合陀螺測斜儀進(jìn)行定向糾偏，使鉆孔軌跡回到原有設(shè)定的靶域內(nèi)。

3 鉆孔穿采空區(qū)施工

施工中發(fā)現(xiàn)從地面開始66m～220m處有多層煤。因20世紀(jì)90年代非法開采小礦泛濫存在盜采行為，本排水孔施工過程中遇到多次掉鉆現(xiàn)象，遇到了多層采空區(qū)，最大的一層落差0.5m，采空區(qū)的出現(xiàn)使鉆孔的施工難度增加。

（1）鉆孔過采空區(qū)的主要難點(diǎn)。①采空區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜難以成孔，鉆孔鉆進(jìn)過程中孔壁不穩(wěn)定，如果處理不當(dāng)容易出現(xiàn)孔內(nèi)事故。②鉆孔過采空區(qū)時(shí)，需要先對(duì)采空區(qū)進(jìn)行治理，確保對(duì)鉆孔安全沒有影響時(shí)才能通過，會(huì)耽誤大量的時(shí)間來處理，造成整個(gè)施工工期的滯后。

（2）針對(duì)本次施工遇到采空區(qū)的治理。①采空落差小、輕微漏失。根據(jù)泥漿泵排量算出每小時(shí)的漏失量，適量加入泥漿堵漏性能調(diào)節(jié)劑，增加泥漿的粘性，用泥漿泵打入孔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)；直至漏失量小到不影響鉆進(jìn)方可正常鉆進(jìn)。②采空落差中等、中度漏失。選用當(dāng)?shù)匾环N膠泥土，制作大量的黏土球外面包裹后投入孔內(nèi)，下鉆搗實(shí)，搗實(shí)面要高于漏失段10m，配合配制好的堵漏泥漿安全過采空區(qū)。③采空落差大、嚴(yán)重漏失。采空區(qū)落差大有空腔時(shí)，黏土球堵漏無效，向孔內(nèi)投石子和砂子混合干料5立方，然后下入光頭鉆桿充分夯實(shí)，再采用水灰比0.6:1的高強(qiáng)度水泥漿進(jìn)行封堵，侯凝36小時(shí)，下鉆掃孔，如繼續(xù)漏失則繼續(xù)重復(fù)上述方法，反復(fù)數(shù)次直至孔內(nèi)返出漿液后方可鉆進(jìn)穿過采空區(qū)。

4 排水鉆孔管路下放前準(zhǔn)備工作

本排水鉆孔管路規(guī)格Φ550mmx12mm，全孔整體重量60t左右，下放難度很高，關(guān)鍵環(huán)節(jié)稍有差錯(cuò)可能造成下管失敗，下套管前準(zhǔn)備工作要用心細(xì)致。

（1）下管前孔內(nèi)泥漿的調(diào)整。擴(kuò)孔完畢后調(diào)整要充分循環(huán)，直至孔底巖粉沖洗干凈，并保證鉆孔下套管時(shí)孔底干凈且孔內(nèi)不出現(xiàn)異常。泥漿在原有調(diào)整的基礎(chǔ)上再充分合理的加入改善泥漿性能的各種添加劑，維護(hù)孔壁防止縮孔徑造成下管困難。

（2）通孔、管路試下。為保證鉆孔壁規(guī)則下管順利，下管前使用鉆桿下放長約20m的Φ426 mm×12 mm套管到孔底進(jìn)行試下，確?？變?nèi)安全上下無阻。

（3）套管底部浮力塞設(shè)計(jì)。浮力塞主要針對(duì)下放排水管安裝使用，在第一根入井的Φ426mm×12mm管路底端內(nèi)部加工如圖所示的浮力塞，其作用是增加孔內(nèi)泥漿對(duì)套管的浮力，減小套管懸重，以適應(yīng)鉆塔的吊拉能力。固管注漿時(shí)，泵壓推動(dòng)漿液壓在浮力塞底板，逆止閥彈簧拉伸，浮力塞呈敞開狀，漿液經(jīng)鉆桿和浮力塞上正反接頭、逆止閥和提前割好的漿液返流口，進(jìn)入管路與孔壁的環(huán)形空間返出地面。浮力塞上部的正反接頭用于連接鉆具，在浮力塞下面加工若干孔眼，留作固管用的出漿口在套管底口塞入木塞做導(dǎo)向。

5 套管下放工藝及連接方法

（1）割洞穿杠和升降機(jī)提吊工藝。大口徑套管自身重量很大，無法采用吊卡提升、管間絲扣連接等常規(guī)方法下放，須采用焊接割洞穿杠法。首先將套管上端3m處部位割兩個(gè)對(duì)稱的Φ108mm圓孔，割洞處打坡口增加后續(xù)焊接面積。用不小于Φ89mm實(shí)芯金屬繩穿過圓孔，將套管放于孔內(nèi)，鋼杠卡在鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤面上，解開繩后拉起另一根套管，底部對(duì)準(zhǔn)入井套管的頂部，兩根套管對(duì)中后進(jìn)行焊接，焊接好后再提起套管，抽掉鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤面上的鋼杠，焊接封死兩個(gè)穿杠圓孔，下入孔內(nèi)一根套管，以此類推，直至套管全部下放完。

（2）套管焊接工藝。①下管時(shí)所有套管兩端打6mmX6mm的坡口，以便增加焊接面積。使用鉛錘、水平儀，確保套管之間的同軸度和直線度。②焊條選用高標(biāo)號(hào)、高強(qiáng)度焊條保證管路焊接安全。③套管焊接的接縫兩側(cè)在焊接前用鋼絲刷仔細(xì)刷幾遍，保證接口的干凈，提高焊接的強(qiáng)度。④在角焊時(shí)要注意保持正確的焊條角度，運(yùn)條速度及手勢(shì)要根據(jù)焊腳尺寸而定。

（3）管路下放速度及平衡漿液的補(bǔ)充。下放套管過程中，會(huì)在到達(dá)一定深度后會(huì)出現(xiàn)浮力大于套管自重，下放套管前就應(yīng)根據(jù)浮力公式和泥漿比重精確計(jì)算套管內(nèi)回灌泥漿的重量。保持下管重量始終大于浮力，使管路順暢下放。

6 套管封固方法

①套管下放到孔內(nèi)設(shè)定位置后管路內(nèi)下入89mm鉆桿，鉆桿頭公扣與套管底部前期安裝的浮力塞上部反絲相連，將泥漿泵與輸漿管路連接好。②按比例配制漿液配合，攪拌均勻后打開閥門，水泥漿液流入儲(chǔ)漿池。漿液通過泥漿泵、輸漿管路、浮力塞，再經(jīng)管路與孔壁的環(huán)形間隙流返出地面后可視為固管質(zhì)量合格，等候凝固72小時(shí)候可轉(zhuǎn)入下一步工序。

7 結(jié)語

施工礦山大口徑排水鉆孔施工時(shí)無法做到一次成孔，應(yīng)先進(jìn)行小口徑導(dǎo)向鉆孔施工，導(dǎo)向鉆孔是施工中的重中之重的部分，務(wù)必通過儀器控制孔的垂直，偏斜度控制在最小范圍。然后根據(jù)實(shí)際地層情況分級(jí)擴(kuò)孔，分級(jí)擴(kuò)孔時(shí)要合理調(diào)配鉆孔泥漿，防止鉆孔出現(xiàn)掉塊、卡鉆、孔壁因失水縮徑；如遇下套管深度較深時(shí)，下管前應(yīng)對(duì)套管進(jìn)行側(cè)向抗水壓強(qiáng)度等穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)要求，精心把控具體施工環(huán)節(jié)，才能安全順利地下放大口徑套管，也為后續(xù)類似工程的施工積累經(jīng)驗(yàn)。