大孔徑鉆孔在復雜地質條件施工工藝的探索及應用

王勇 張雷于丹張少輝

（恒源煤電股份有限公司任樓煤礦，安徽 宿州 235123）

1 引言

由于任樓礦地質條件復雜，煤層透氣性差，在施工不同傾角鉆孔過程中穿層次數多、煤軟、巖石破碎、且中間夾雜著2-3m泥巖，施工難度較大，打鉆過程中頂鉆、卡鉆、塌孔、糊鉆現象時有發生，嚴重影響鉆孔的施工；通過不斷在施工中總結經驗，總結出一套適用于煤礦井下不同煤巖層條件下鉆孔施工工藝。現舉2例不同地質條件及不同傾角的施工工藝加以說明。

2 7258風巷9＃高位鉆場

2.1 地質條件

恒源煤電任樓煤礦7258工作面位于礦井二水平，煤層埋藏較深，本工作面地質構造較簡單，煤巖層呈近單斜構造，走向自北向南為 N30°～N55°,傾向為 120°～145°；該工作面直接頂為灰色粉砂巖、粉砂質泥巖，0.44～5.36m，平均2.55m±。煤的破壞類型為Ⅲ類破壞類型煤層，煤的堅固性系數f平均值為0.4490。本區煤層頂底板局部砂巖裂隙含水豐富，連通性較好。施工的7258工作面8＃、9＃、10＃高位鉆場，鉆孔孔深均在180米，鉆孔開孔巖層層位位于72煤層直接頂5米，開孔層位為泥巖，巖層破碎。

2.2 施工工藝

因設計的近水平鉆孔長度較長，采用ZDY-3200S型液壓鉆機施工，初始施工時直接采用φ113mm鉆頭帶φ108mm導向施工，開孔施工因孔口斷巖層比較破碎，鉆孔后路塌孔嚴重，很難成型，即使達到砂巖巖層，后路塌孔導致施工困難，決定改變鉆孔施工工藝，采用φ146mm套管跟管進尺施工到砂巖段，對此段松散巖層進行護壁20-30m，再用φ113mm鉆頭帶φ108mm導向繼續施工，當遇到第二個破碎帶時在提鉆下φ108mm套管護壁，在變徑施工到孔底，采用雙重套管護壁方法成功施工了3個高位鉆場鉆孔，鉆孔深度均達到了設計孔深后在對鉆場整個墻壁進行噴漿，且孔壁破碎20米段進行全斷面注漿，防止抽放時漏氣，現在以上鉆場瓦斯抽放濃度均能達到50%以上。

3 Ⅱ51軌道上山

3.1 地質條件

任樓煤礦Ⅱ51軌道上山水文鉆孔設計施工段地層為單斜構造，地層產狀90°∠16°±。煤層硬度系數約0.3，巖層硬度系數小于6，鉆孔所穿過的巖層為細砂巖、鋁質泥巖、粉砂巖、5煤組，且鋁質泥巖遇水后易膨脹，對鉆孔施工不利，且5煤組均在開孔后的28m至45m處，該5煤組及5煤泥巖頂底板在施鉆過程中遇水后易膨脹、塌孔。

3.2 施工工藝

開孔采用傳統的鉆孔施工方式即采用φ127mm鉆頭取芯進尺30.5m（若此處穿煤，應鉆進至煤底板下1.0m為準），下入φ108mm套管30米，注漿固管，待72小時后掃孔進行耐壓試驗的施工方式，致使成孔率較低，即使在采取措施后保證鉆孔前45m孔段能正常施工完畢，但在隨后的下套管及注漿固管的工序中，由于煤層及泥巖頂底板孔段遇水后膨脹、塌孔，致使鉆孔套管無法下到指定位置，即使套管下到位由于孔壁與套管間間隙被膨脹的煤、巖堵塞，注漿固管時漿液無法有效返出，造成注漿固管失敗，無法達到固管試壓要求；這就要求尋求新的施工工藝：

⑴材質上考慮，進特殊地質套管，確保套管質量，防止施工中出現脫扣后扭斷現象，造成套管脫節；

⑵鉆探工藝上改進，首先采用φ146mm取芯鉆頭施工5m，下入5mφ146mm孔口管。采用壓風，用φ127mm鉆頭配合麻花鉆桿鉆進至5煤組及5煤泥巖底板1～2m后下入φ127mm套管。采用JD-WFK-2型速凝膨脹封孔劑注漿固管，注漿后12個小時即可掃孔試壓，每個鉆孔固管時間相對于采用水泥注漿固管可縮短了60個小時。

⑶試壓合格后，采用泥漿護壁鉆進，利用泥漿的浮懸、攜帶鉆渣、清洗孔底、冷卻鉆頭等作用進行全孔泥漿鉆進，鉆孔泥漿對孔壁的靜壓力和泥漿在孔壁上形成的泥皮可以有效地防止煤孔段孔壁坍塌。除此之外，利用泥漿具有的攜渣和冷卻、潤滑機具作用，具有一定粘度的泥漿可以攜帶巖粉一起排出。泥漿可以作機具的潤滑和冷卻劑，在沖洗機具的同時,也冷卻的機具。防止孔壁坍塌或剝落，并維持孔內的形狀不變。且泥漿具有支承開挖，懸浮巖屑，避免巖粉在孔底堆積等作用。` ⑷泥漿池管理。施工期間保證泥漿的粘度，不定期往泥漿池內加氫，以使泥漿中的巖粉顆粒沉淀，每施工完一個鉆孔必須清理用過的泥漿及清洗泥漿池，重新打制泥漿。由于采取的措施得當該工程比計劃的時間提前5天完工。

3.3 泥漿池布置

由于軌道迎頭空間有限，條件上制約了鉆機及鉆孔的布置施工；為改善施鉆條件及提高鉆進效率，在迎頭退后4米左右各施工一個B×H×L=4m×3.6m×4m的鉆場，并在軌道迎頭施工一個 B×H×L=3m×2.5m×1m 的均分三隔間的泥漿、沉淀、排水池（見下圖）。泥漿池中間澆筑150mm厚隔墻，池壁澆筑厚度不小于100mm，池口水平低于鉆場底板500mm；且泥漿池施工必須保證池壁、池底不漏水。鉆場底板必須挖掘到實底后方可澆筑水泥地坪，保證鉆機地錨穩固牢靠。

平面圖如圖所示：

4 結論

由于任樓礦地質條件復雜，煤層透氣性差，其工藝的實施是個難題。通過在實踐中不斷總結經驗，對鉆進施工工藝的新技術、新工藝進行研發和應用，增加了鉆孔成孔率及深度，孔壁完整性進一步提高。今后隨著新技術的實踐應用，鉆孔的施工工藝會得到繼續發展，取得較好的效果。

[1]肖洪波.大孔徑鉆孔野外施工工藝的比選[J].人民長江，2009，（40）6

[2]陳品富,惠少卿.大孔徑深孔鉆孔樁成