送料孔高精準(zhǔn)施工的實(shí)踐

李 燕

（山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100）

0 引言

在垂直鉆孔施工過程中，鉆孔精度要求較高。楊莊煤礦送料孔設(shè)計位置位于主巷道壁一側(cè)的幾米范圍內(nèi)，鉆孔施工后，需要在主巷道內(nèi)按鉆孔坐標(biāo)尋找鉆孔底部。若鉆孔坐標(biāo)不明確，就無法找到鉆孔，而且如果偏斜率過大，不僅對鉆孔質(zhì)量有影響，對與井下巷道的連接更是影響巨大，甚至可能穿透巷道，造成損失，產(chǎn)生安全隱患。因此，必須保證鉆孔坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。在施工過程中，各部門嚴(yán)把各個環(huán)節(jié)，確保送料孔的高精準(zhǔn)施工。[1]

楊莊煤礦為進(jìn)行南區(qū)高水充填開采，需要施工送料孔3個，其中2個使用，1個備用，楊莊煤礦委托地質(zhì)五隊施工。3個送料孔設(shè)計均位于主巷道壁一側(cè)的3m左右范圍內(nèi)，施工240m，下套管241m，套管為外徑140mm、壁厚6mm無縫鋼管。鉆孔總偏斜不超過2m。

1 施工放樣

1.1 放樣方法選擇

施工放樣是把設(shè)計圖紙上的平面位置和高程，用相應(yīng)的測量儀器和方法測設(shè)到實(shí)地上去的測量工作。送料孔放樣為點(diǎn)位放樣，可用的點(diǎn)位放樣方法包括極坐標(biāo)法、距離交會法、角度交會法、GPS-RTK直接坐標(biāo)法。[2]依據(jù)現(xiàn)場條件，地質(zhì)五隊選擇GPS-RTK直接坐標(biāo)法，將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)，用流動站檢核已知點(diǎn)后直接放樣。測量系統(tǒng)采用南方S86RTK測量儀器，儀器標(biāo)稱平面精度：±（5+1×10-6×D）mm；垂直精度：±（10+1×10-6×D）mm。儀器自帶南方工程之星測量數(shù)據(jù)處理軟件。

放樣精度：利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，進(jìn)行連續(xù)觀測，平面坐標(biāo)校差小于0.03m，高程校差小于0.05m。

1.2 放樣過程

依據(jù)楊莊煤礦送料孔設(shè)計獲取鉆孔坐標(biāo)，因終孔位置要與井下巷道連接貫通，放樣精度要求較高，地質(zhì)五隊采取直接坐標(biāo)法放樣，楊莊煤礦工業(yè)廣場內(nèi)有兩個控制點(diǎn)，分別距放樣位置約180m、100m，將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)B，用流動站檢核已知點(diǎn)D后直接放樣，放樣示意圖如圖1，并與山東省CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比校正。各鉆孔位置確定后，將特制木楔固定于點(diǎn)位作為標(biāo)記，并以之為基準(zhǔn)平整場地、安裝鉆機(jī)設(shè)備，以保證孔位的準(zhǔn)確性。

圖1 放樣示意圖

1.3 放樣精度檢核

為保證放樣的精確性，當(dāng)天楊莊煤礦地測科對放樣坐標(biāo)進(jìn)行了檢核，楊莊煤礦采用三級導(dǎo)線測量求算放樣點(diǎn)坐標(biāo)，求算出坐標(biāo)差值如表1。

表1 放樣坐標(biāo)和檢核坐標(biāo)對比表 m

為實(shí)現(xiàn)井下連接貫通，楊莊煤礦要求檢核較差不大于0.1m，否則重新放樣。通過計算，施工3個送料孔差值分別為：注1孔0.088m、注2孔0.042m、注3孔0.055m，經(jīng)對比，放樣精度滿足要求，因此地質(zhì)五隊放樣結(jié)果可以使用。

2 精準(zhǔn)施工

施工的3個送料孔所選鉆進(jìn)方法一致，即：選用XY-44A型鉆機(jī)配Φ171mm三牙輪鉆頭及Φ127mm鉆鋌確保鉆孔保直，正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，一徑鉆至設(shè)計孔深，但為保證測孔順利需預(yù)留測孔口袋，注1孔實(shí)際完鉆孔深240.50m，注2孔實(shí)際完鉆孔深241.02m，注3孔實(shí)際完鉆孔深241.94m。鉆進(jìn)期間，每50m及完鉆均采用測斜儀測斜并校正孔深，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

2.1 孔斜控制

據(jù)設(shè)計要求，孔眼完孔偏移距不能超過2m，因此孔斜控制十分重要，需要在鉆探施工過程中積極采取有效的措施加以預(yù)防控制和糾正，并且應(yīng)堅持以“預(yù)防控制為主，糾偏為輔”的方針。[3]

2.1 .1 孔眼彎曲的預(yù)防控制

1）提高鉆機(jī)安裝質(zhì)量。在安裝鉆機(jī)時，地基要穩(wěn)固，機(jī)臺要水平。鉆探設(shè)備要安裝牢固、周正。立軸中心要與鉆孔設(shè)計中心一致。天車前緣、立軸中心與孔眼設(shè)計中心成一線。

2）開孔鉆進(jìn)要輕壓、慢轉(zhuǎn)，嚴(yán)格控制進(jìn)尺速度，保證開孔“絕對垂直”。

3）優(yōu)化鉆具組合：鉆具組合必須采取鉆鋌加壓和扶正器導(dǎo)正，實(shí)際施工時配4根Φ127mm鉆鋌，利用“鉛垂線”原理實(shí)現(xiàn)重力法鉆進(jìn)，有效孔底鉆鋌加壓，使中和點(diǎn)在鉆鋌上部2/3、4/5處控制孔斜。

4）鉆壓控制：鉆壓保證不超過鉆鋌總重量的2/3，以防孔斜，杜絕盲目加壓。

5）回次鉆進(jìn)開始，必須輕壓慢轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)0.2m～0.3m后方可按正常參數(shù)鉆進(jìn)。

6）在地層較為復(fù)雜多變的情況下，操作人員應(yīng)具在鉆探施工過程中根據(jù)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)和有關(guān)現(xiàn)象準(zhǔn)確、及時地判斷出鉆進(jìn)地層的變化情況，調(diào)整選擇適宜的鉆頭和合理的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，如當(dāng)鉆進(jìn)由軟巖層進(jìn)入硬巖層時，應(yīng)先輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，待鉆頭進(jìn)入硬巖層約0.1m后方可逐漸適當(dāng)加壓高速鉆進(jìn)等。

7）加強(qiáng)孔斜監(jiān)測，利用專業(yè)測斜儀在孔眼內(nèi)測斜。按質(zhì)量要求及時測斜，必要時加密測斜。發(fā)現(xiàn)孔斜超差及時采取措施，以防止孔斜過大，保證孔身質(zhì)量。

2.1.2 鉆孔彎曲的糾偏方法

在鉆探施工過程中，如果發(fā)現(xiàn)孔眼出現(xiàn)了較大的彎曲，致使孔眼軌跡嚴(yán)重偏離目標(biāo)控制點(diǎn)時，就要立即停止鉆進(jìn)，對孔眼進(jìn)行測量，以確定發(fā)生嚴(yán)重彎曲的深度、偏斜的方位角和傾角大小，然后根據(jù)具體情況采取如下幾種方法進(jìn)行糾偏。

1）根據(jù)測得的孔眼傾角的大小制作偏心楔子，然后按測量所確定的深度和方位角將偏心楔子下落到孔內(nèi)相應(yīng)位置并固定，之后開機(jī)輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，逐漸把孔斜糾正。

2）根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)，在孔內(nèi)相應(yīng)位置灌注高強(qiáng)度水泥漿，待水泥漿凝固硬化后再開機(jī)輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，逐漸把孔斜糾正。

3）根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)資料，選用合適的糾偏器如螺桿鉆具，進(jìn)行糾偏。

2.2 孔底坐標(biāo)計算

在鉆進(jìn)過程中，每50m及提鉆時利用光纖陀螺測斜儀測量孔斜并記錄，以便及時了解孔眼軌跡，從而控制鉆孔質(zhì)量。在完鉆后、下管前，通過進(jìn)行地球物理測孔，以每20m一測的密度全孔測斜，以保證孔底坐標(biāo)計算的準(zhǔn)確性。

施工結(jié)束后，求算出3個送料孔孔深238.5m處坐標(biāo)，孔口坐標(biāo)和孔底坐標(biāo)差值見表2。

表2 孔口坐標(biāo)和孔底坐標(biāo)差值表 m

通過計算，施工3個送料孔孔底偏移距分別為：注1孔 0.24m、注 2孔 0.69m、注 3孔 0.08m，均滿足設(shè)計“偏移距不超2m”的要求。

3 井下貫通

因孔位距主巷道有約3m的距離，送料孔施工結(jié)束后，井下施工巷道進(jìn)行貫通連接。楊莊煤礦地測科根據(jù)孔底位置進(jìn)行了貫通設(shè)計，因3個送料孔距離巷道較近，計劃施工長約5m、寬約2.2m的巷道進(jìn)行貫通，并在井下進(jìn)行放樣標(biāo)定，掘進(jìn)隊依據(jù)放樣進(jìn)行貫通施工。為保障施工安全，巷道施工2.5m后，先小斷面掘進(jìn)找尋鉆孔，根據(jù)貫通鉆孔距中線的距離，控制巷道左右擴(kuò)幫。貫通后地測科進(jìn)行誤差標(biāo)定。貫通示意圖見圖2，貫通誤差見表3。

圖2 貫通示意圖

表3 貫通誤差表 （m）

煤礦測量規(guī)程要求，同一礦井內(nèi)貫通巷道水平重要方向容許偏差值為0.3m，兩井間的巷道貫通水平重要方向上的容許偏差0.5m。[4]為此楊莊煤礦結(jié)合規(guī)程要求地測科把垂直于巷道方向（假定的x軸方向）的誤差作為重要方向誤差，控制在0.5m以內(nèi)，平行巷道方向和豎直方向?qū)ω炌ㄓ绊戄^小，誤差不做要求。經(jīng)分析，重要方向最大誤差為0.17m，貫通精度滿足要求。本次貫通誤差是多次誤差累積的結(jié)果，能以較高精度貫通得力于各環(huán)節(jié)控制。

4 結(jié)論

3個送料孔都嚴(yán)格在設(shè)計孔位施工，經(jīng)過鉆探、測井、下管、固井、掃孔等工藝流程后，順利成孔，并與井下主要巷道通過連接實(shí)現(xiàn)貫通，既保障了施工安全，又保證了施工精度，為下一步高水充填開采提供有力保障。