大口徑立井鉆井法施工技術

房朝陽

(陜西工程勘察研究院 陜西省 西安市 710068)

鉆井法鑿井是利用鉆井機所配鉆頭刀具將巖石破碎，用泥漿護壁和排渣，將井筒全斷面一次鉆成，或將井筒分次擴孔鉆成，再進行永久支護的一種機械化鑿井方法。國外從十九世紀開始采用鉆井法開鑿井筒已有百余年的歷史。我國于60年代末首次采用鉆井法鉆鑿煤礦立井井筒獲得成功，經過廣大工程技術人員40余年地不懈努力，形成了設備國產化，效率高，污染少、偏斜率低的大口徑立井鉆井法施工技術。

一、 鉆井法鑿井施工設備的選擇

鉆井法鑿井適用于各種不同的工程地質條件，不僅可用于松散、不穩定的含水巖土層，也可用于鉆鑿穩定、堅硬巖層的立井施工。我國目前生產的立井鉆井機主要分為二類，一類是傳統的轉盤式鉆機；另一類是比較先進的液壓動力頭鉆機。

轉盤式鉆機的動力設備多數設置在地面。鉆井時由鉆臺上的轉盤帶動六方鉆桿旋轉，進而使鉆頭旋轉，鉆頭上裝有破碎巖石的刀具可進行旋轉破碎巖石。按不同的鉆井深度、直徑、轉盤扭矩及提升能力等技術指標，已定型生產的立井鉆井設備有ZZS-1、ND-1、SZ-9/700、AS-9/500、BZ-1、L40/1000和AD130/1000等型號產品可供施工單位選擇。

液壓動力頭立井鉆井機采用動力頭驅動鉆桿，替代轉盤驅動機構。鉆具升降采用液壓缸代替卷揚機。升降平穩、速度快，可進行減壓鉆進，調節方便。工作平臺采用油缸驅動推拉式封口平車，操作視線開闊，較之翻蓋式平臺更加便于操作。可實現快速裝拆鉆桿和鉆頭，是一種全液壓立井鉆井機械。以ZDZ4500型鉆井機為例，可施工直徑6.5米、深度400米的立井井筒。

根據實際地質構造、地層分布、巖層走向、傾角、完整程度、堅硬程度、地下水水文地質條件、立井設計井徑、井深等技術參數，同時考慮現有鉆機設備技術性能和使用情況，綜合比較各種型號鉆井機優缺點，合理確定立井施工采用的鉆井機型號。

二、 主要鉆井施工參數的選擇原則

根據地層的特點，制定施工組織設計和安全技術措施，合理確定鉆壓、轉速、扭矩、泥漿沖洗液粘度、失水量、含砂量、泥皮厚度、PH值等鉆井工藝參數。施工過程中要根據現場實際情況及時調整和完善相應的鉆進參數，在保證安全的前提下，獲得較快的鉆進速度。

1、鉆壓、轉速的選擇

鉆壓是鉆進作業中的主要參數之一。根據地層巖石軟硬程度、可鉆性、鉆頭直徑等因素綜合確定。為保持立井井筒的垂直度，一般情況下鉆壓應滿足下列要求：砂層≤300KN，粘土層≤400KN，泥巖≤350KN，砂巖≤700KN。

轉速一般以控制鉆頭外沿切線速度為原則，可按鉆頭外沿切線線速度0.9 m/s ～1.3m/s確定。

2、泥漿性能參數的選擇

鉆頭破碎下來的巖石碎屑必須及時通過泥漿循環從工作面清除，使鉆頭上的刀具始終直接作用在未被破碎的巖石面上，提高鉆井效率。泥漿的另一個重要作用就是護壁,一方面平衡地層壓力，另一方面形成泥皮，堵塞裂隙，防止片幫。為了利用泥漿有效地洗井護壁，要求泥漿有較好的穩定性、不易沉淀、失水量較少、能夠形成薄而堅韌的泥皮，同時要具有良好的流動性和便于凈化的性能。

造漿材料主要有黏土和各種化學處理劑。黏土應選擇可塑性好，含砂量少的高嶺土、膨潤土、紅土、膠泥等。處理劑起調整泥漿性能的作用，防止鉆井中縮徑、坍塌、泥包鉆頭等。一般使用的化學處理劑有純堿（Na2CO3）、火堿（NaOH）、羧甲基纖維素（CMC）、聚丙烯酰胺（PAM）等。一般情況下要求新配制泥漿的性能參數為：密度（1.15～1.25g/cm3）、粘度（22～30s）、失水量（18～22ml/30min）、泥皮厚度（≤3mm）、PH值（7～8）、含砂量（≤3%）。

三、 沉井和壁后充填

鉆井法施工的立井井筒，多采用管柱形預制鋼筋混凝土井壁，井壁在地面制作。待井筒鉆完后提出鉆頭，用起重大鉤將帶底的預制井壁懸浮在井內泥漿中，利用其自重和注入井壁內的水重緩慢下沉。同時，在井口不斷接長預制管柱井壁。接長井壁時，要注意測量，以保證井筒的垂直度。在預制井壁下沉的同時，要及時排除泥漿，以免泥漿外溢。為了防止片幫，泥漿面不得低于鎖口以下1米。

當井壁下沉到距離設計深度1～2米時，應停止下沉，調整井壁的垂直度滿足要求后，再下沉到底，并及時進行壁后充填注漿。

四、 泥漿固化處理及環境保護

廢泥漿是一種含黏土顆粒、鉆屑、各種化學處理劑的流體物質。在實際工作中首先應將從井底返出并攜帶大量鉆屑的泥漿經過旋流除砂器進行初步機械分離。鉆屑運至指定地點存放，或進行下一步處理。泥漿流回沉淀池循環利用。其次，通過添加化學處理劑并采用機械將鉆屑強制固結，固結后的鉆屑就地填埋。污水流入污水池，再次處理回收利用或達標排放，從而達到減量化、無害化處理的目的，保證環境不受污染。

五、 結語

鉆井法鉆鑿立井適用范圍大，機械化程度高，勞動強度低，安全可靠，質量好。隨著技術裝備能力的不斷提高，應用范圍將進一步擴大，以適應更復雜的地質條件、更大直徑、更大深度的立井施工需求。要安全、高效、高質量地完成鉆井任務，首先要根據地層地質條件選用適用的機械設備。第二根據地層情況及井筒直徑等條件選用合理的鉆進參數。第三做好沉井井壁安裝和壁后注漿工作。第四采取綜合處理措施，處理好鉆井過程中產生的廢漿，達到保護環境的目的。

[1]朱效中。鉆井法施工大口徑鋼壁立井施工工藝[J]探礦工程（巖土鉆掘工程）。2013.02

[2]吳剛、趙文平。孫莊鐵礦立井鉆井法鑿井施工技術[J]建井技術第33卷。第3期.2012.06

[3]張永成、劉志強。鉆井法鑿井技術的發展與展望[J]建井技術第24卷。第2期.2003.04