凍結造孔防斜保直實踐與應用

黎耀斌LIYao-bin

（陜西省煤田地質局一三一隊，韓城715400）

1 工程概況

園子溝煤礦位于陜西省寶雞市麟游縣西北部。采用立井開鑿，年產600萬噸，采用“三條立井”單一水平開拓全井田。井筒采用圓形斷面，主井井筒直徑8.20m，井口標高+1118.000m，井筒垂深596m；風井井筒直徑7.50m，井口標高+1119.000m，井筒垂深596m；副井井筒直徑9.20m，井口標高+1117.500m，井筒垂深621m。

井筒地層由老至新依次為：三疊系中統銅川組（T2t），侏羅系下統富縣組（J1f）、中統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊系下統宜君組（K1y)、洛河組（K1l）、華池組（K1h），第四系全新統（Q4)地層。

園子溝煤礦主、副、風井三個井筒的凍結造孔工程，共設計鉆孔169個，總工程量43327m。

2 技術要求

孔位：開孔孔位與設計孔位偏差不超過30mm。

孔徑：孔徑大于所下置凍結管管徑10～20mm。

孔深：下管深度必須達到設計要求，不得有負值。

鉆孔測斜：為檢查鉆孔偏斜情況，要求每鉆進30～50m測斜一次，在易偏斜地層加密測斜次數，并每隔50m繪制鉆孔實際偏斜方位圖以指導施工。

鉆孔質量要求：鉆孔偏斜率不大于2‰，防片幫孔終孔最大孔間距不大于2.5m，主孔終孔最大孔間距不大于2.9m。

3 鉆孔防斜技術

3.1 設備安裝質量要求 設備安裝到孔位后，要認真仔細校正鉆孔的中心位置，使轉盤中心、鉆孔中心和游動滑車提升中心成“三點一線”，然后對設備進行水平穩固安裝，保證開孔垂直度和中心點。

3.2 選擇合理的鉆具組合 要選擇井下專用鉆具組合，開孔的粗徑鉆具同心度要高，增強鉆具的穩定度和導向性，從而減小孔壁縫隙及下部鉆具彎曲，避免斜孔。鉆具組合：φ190mm 鉆頭+φ159mm 鉆鋌（3-5根）+φ89mm 鉆桿+133mm方鉆桿。

3.3 鉆具要求 鉆具質量達標；鉆具連接后同心度要高，開孔所用的粗徑鉆具長度要求30-40m。

3.4 嚴格控制鉆進技術參數 鉆進時，依據進尺速度和鉆孔柱狀圖把握鉆層，換層鉆進時調整鉆壓，當軟層轉變為硬層時適當降低鉆壓，鉆進0.5m后恢復正常；當硬層轉變為軟層時適當減小壓力，降低鉆速。要掌握鉆速和泵量。在砂層中鉆進，鉆速要快給進；在粘土層中鉆進，鉆速要慢給進；在基巖中鉆進，要采用高鉆壓低鉆速；在下鉆接近孔底時慢放，不能使用墩鉆，且孔底鉆壓是鉆鋌在孔內總重量的75%～80%，使用懸吊鉆進。

4 測斜方法

園子溝凍結造孔工程測斜方法為：0～100m段使用光學對點器測斜（燈光測斜），100m以下井段使用JDT-VA型陀螺測斜儀測斜。

4.1 燈光測斜 0～100m段，采用經緯儀及其配套設施進行。

4.2 陀螺測斜 100m以下井段測斜采用JDT-VA型陀螺儀測斜。正常鉆進每30～50m布置一個測點，并根據實際情況作適當的測點調整。在表土層和巖石的交界面要另外布置一個測點，且在容易偏斜地層增加測點。陀螺儀測斜同一點，必須上下復測，發現疑點要重新測量，確保測斜資料的可靠性。

5 糾斜技術

在園子溝凍結造孔工程中采用的是JDT-5A型陀螺定向儀配合5LZ146×7.0型和5LZ130×5.0型螺桿鉆具定向糾偏。

5.1 螺桿鉆具的結構及工作原理 螺桿鉆具主要由南旁通閥、馬達、萬向軸和傳動軸構成。南旁通閥在馬達的上面，主要有闋體、閥芯、閥座、彈簧和濾套等部件，作用是在起下鉆時，連接鉆柱內外空間，保持內外壓力平衡；馬達是螺桿鉆具的動力結構，它通過泥漿的沖刷，使轉子在定子中偏心轉動，把泥漿壓力轉化為機械能；萬向軸主要是把馬達傳輸出的偏心轉動轉化為定軸轉動；傳動軸的功能是把萬向軸傳輸過來的運動傳給下面的鉆頭。

螺桿鉆具的工作原理就是把液體的壓力能轉化為轉動的機械能，帶動下面的鉆工進行向鉆孔偏斜的反方向造斜工作，實現糾斜打直。

5.2 定向糾斜鉆具組合 φ190mm鉆頭+螺桿鉆具（5LZ146-7.0）+φ159mm鉆鋌（1根）+φ89mm鉆桿+133mm方鉆桿。

5.3 螺桿鉆具糾偏的影響因素 地層、定向設計安裝角、鉆進參數等都會影響到螺桿鉆具糾偏打效果。具體來說，定向精度決定糾偏成敗，糾偏鉆進時彎接頭度數和鉆進段長度都會影響糾偏效果。所以為了保證糾偏質量，要做到下面幾點：①鉆孔測斜必須仔細精確，保證定向質量，并全面研究鉆孔偏斜情況，提出相適應的定向方案或設計。②螺桿鉆具的彎曲度進行嚴格的控制，一般來說，凍結造孔工程一般采用1°，1.25°，1.5°的螺桿鉆具進行糾偏工作。③使用陀螺定向儀定向時，要按照規范要求操作，避免誤差。④嚴格控制鉆進參數和定向長度，鉆壓控制在8000～12000N，定向段長度4～7m。⑤嚴格進行糾偏后的測斜工作，根據測斜結果采用相應的穩斜鉆具組合和鉆進參數。穩斜鉆進鉆具組合是：Φ190mm三牙輪鉆頭+Φ159mm鉆鋌（1根）+Φ89mm鉆桿+立軸。

5.4 螺桿糾斜鉆進優點 鉆桿可以不轉動，這樣可以減少鉆桿疲勞和磨損，減少鉆桿折斷事故，同時減少鉆桿與孔壁摩擦造成的井徑擴大、坍塌掉塊及卡鉆事故。對地層適應廣；既可用于硬、堅硬的完整地層，也可用于破碎地層、第四系松軟及中硬、軟硬不均地層造斜。

5.5 偏心楔造斜工具 偏心楔定向糾斜鉆進時，一次下楔的最大全彎曲角受楔頂角限制，如果偏斜孔段有急彎—“狗腿彎”，且難以實現同徑糾斜。造斜一次耗鉆時長，造斜和鉆進效率低，造斜后的后續鉆進困難大，一般不太實用。

5.6 無楔機械式連續造斜工具 可實現同徑糾斜定向，造斜糾斜平穩無大“狗腿彎”，造斜糾斜強度在一定范圍內可調，造斜糾斜彎曲度可以達到較大值，且效率高、配備器具少。

6 沖洗液選擇

因凍結造孔鉆探施工不取芯，且在孔直的情況下要保證工期快速鉆進，所以鉆進時巖粉顆粒較大，要求沖洗液懸浮和攜帶巖粉顆粒能力要強，具體配方為：1m3水+土粉10-15%+0.2%NaoH+0.8-1%CMC+（200PPM）PHP，其中PHP水解度為30%，沖洗液性能指標見表1。

表1 沖洗液性能指標

7 結束語

井斜的糾斜方法還有人工墊塔法和移塔法，但是沒有運用工器具效果明顯。凍結造孔井斜的糾斜是鉆井施工中的一大難題，在運用相關防斜打直技術時，要把地層、鉆具組合、鉆進參數等影響因素綜合考慮，根據不同地區的具體情況，采用合理有效的防斜打直措施，提高鉆進質量。

[1]唐超民.凍結造孔法施工工藝淺談[J].企業家天地,2007(08).

[2]韓曉明,李晶巖,蔡永安.淺談礦井建設中的凍結造孔法施工工藝[J].今日科苑,2009(18).

[3]王宗金.淺談凍結孔施工技術[J].西部探礦工程,2008(02).