高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術

胡春雨 劉增平 韋榮律

(山東能源淄礦集團唐口煤業公司，山東 濟寧 272000)

高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術

胡春雨 劉增平 韋榮律

(山東能源淄礦集團唐口煤業公司，山東 濟寧 272000)

結合工程實例，對高精度千米井筒泄水孔快速成孔技術進行了研究，介紹了鉆孔設計措施，從鉆探設備、鉆探施工、泥漿選用等方面論述了鉆孔施工的注意事項，達到了精確快速成孔，滿足井筒施工泄水的要求。

井筒，泄水孔，鉆探，成孔

1 工程概況

山東唐口煤業有限公司位于山東省濟寧市任城區南張鎮，于2006年1月1日投產，礦井核定能力500萬t/年。隨著礦井向南部開拓，礦井原有通風系統不能滿足安全生產，需要進行南部通風系統安全改造，新建南部進風和回風立井兩個井筒。由于井下巷道已掘進至井筒附近，井筒施工中的涌水具備通過泄水孔向井下排水的條件。為改善井筒掘砌施工環境，加快井筒施工進度，在進風井和回風井井筒內施工泄水孔，設計孔深均為1 005 m，井筒施工涌水通過井下進行排水。由于進、回風井井筒直徑分別為7 m和6 m，泄水孔的偏斜距必須控制在井筒范圍內，因此孔斜控制是鉆孔快速精確成孔的關鍵。

2 鉆孔設計

2.1 鉆孔結構

鉆孔開孔位置偏離井筒中心0.5 m，鉆孔深度0 m～250 m的鉆孔直徑為650 mm，安裝直徑為530 mm的套管，在套管與孔壁的空隙間注入水泥漿以達到固定套管的目的，從而減小第四系砂層水與基巖含水層之間的水力聯系，減小其對井筒凍結效果的影響。鉆孔深度0 m～250 m的鉆孔直徑為460 mm，其中凍結段以下下入φ325 mm花管，凍結段以上用水泥封閉至孔口，凍結段以下花管留作井筒泄水用。

2.2 泄水孔花管設計

為滿足泄水孔泄水要求，并保證花管的強度，泄水孔花管圓眼眼徑為15 mm，篩眼間排距為45 mm×50 mm，每米鋼管約打眼440個，孔隙率約為7.8%。為確保套管安全和凍結效果，并確保凍結段以下泄水孔的正常使用，進風井泄水孔在470 m處下止漿塞，470 m以上至孔口用水泥封閉；回風井泄水孔在460 m處下止漿塞，460 m以上至孔口用水泥封閉。為保證花管間連接牢固，兩根花管間用管箍焊接，管箍與花管間隙全部滿焊。

2.3 測斜技術要求

為確保泄水孔不偏離井筒范圍，泄水孔每鉆進30 m～50 m用測斜儀進行一次測斜，保證泄水孔所有點均在鉆孔中心1.5 m以內。

3 鉆孔施工

3.1 鉆探設備

根據鉆孔地質條件以及鉆孔的深度情況，選用JJ170/43 m人字形鉆塔，該種鉆塔可以承載120 t；鉆機采用電機功率為480 kW的ZJ-30D型石油鉆機，選用泵量1 500 L/min的3NB-1000型泥漿泵，鉆具組合為鉆頭+φ203 mm加重鉆鋌+φ311 mm扶正器+φ127 mm鉆桿+主動鉆桿。為保證及時測斜和定向，現場準備一臺多點測斜儀、YST-48X無線隨鉆測斜儀和螺桿鉆具。

3.2 鉆探施工

泄水孔全孔使用無芯鉆進工藝，采用牙輪鉆頭及組合牙輪鉆頭正循環回轉鉆進成井。為保證孔斜率，從開孔開始就使用螺桿和無線隨鉆測斜儀器相結合的定向施工技術。YST-48X無線隨鉆測斜儀器測量精準，誤差小，耗電量小，使用時間長，極大減少了起鉆次數,提高了施工效率，儀器安設在螺桿內，地面安設有工作面板，時刻顯示鉆孔方位及偏斜距，時刻監測泄水孔導向孔的孔斜情況，一旦發現孔斜超過規定，通過操作控制面板及時進行糾斜，保證鉆孔中心偏移距不超過1.5 m。為進一步核實鉆孔孔斜，每鉆進50 m后，起鉆再進行一次電測井測斜。

泄水孔導向孔開孔孔徑為215 mm，鉆進至第四系底部30 m即地下250 m，測量鉆孔達到工程技術指標后分別用直徑為530 mm和700 mm的組合牙輪鉆頭兩徑擴孔至250 m，下入直徑530 mm、厚度10 mm護壁套管并進行水泥固管，凝固72 h，進行套管止水檢查，經檢查合格方可進行螺桿和無線隨鉆測斜儀器相結合的定向施工，直徑215 mm的導向孔鉆進至終孔，經電測井達標后進行擴孔。

擴孔分為兩級：第一級孔徑為311 mm，第二級孔徑為460 mm。擴孔采用牙輪加導向鉆桿沿導向孔進行擴孔，鉆進中根據不同的地層合理控制鉆速，及時調節護壁泥漿，特別是鉆進通過斷層破碎帶時，放慢鉆速，調稠泥漿，防止塌孔或鉆出新孔。φ460 mm鉆頭擴孔到孔深1 005 m后，經再次對泄水孔進行測斜，偏斜率不超過1.5 m，泄水孔符合設計要求，鉆探結束。為保證井筒凍結和井筒施工中的泄水要求，在泄水孔孔深凍結深度以下(回風井泄水孔460 m，進風井泄水孔470 m)到1 005 m段下φ325 mm×12 mm的篩管。篩管下入后，用清水洗孔直至孔內無泥漿，然后在篩管口處下止漿塞，止漿塞頂端至孔口段用水泥封閉，泄水孔施工完成。

3.3 泥漿選用

為確保鉆孔不出現塌孔，鉆孔施工中根據地層變化情況，特別是鉆孔通過斷層破碎帶時，及時調整泥漿配比，每天測定泥漿性能，鉆進中觀測泥漿消耗量，及時補充和調整漿液。

在沖積層段鉆進較快，此時應該嚴格控制泥漿的性能指標，如粘度、比重、失水量、含砂量，在泥漿的調配中要適量加入部分降失水劑和稀釋劑，從而有利于套管的下入。在基巖地層中鉆進時泥漿中的小顆粒砂石較多，因此選用具有除砂好、流變性好、配制簡單、泥皮薄而堅韌、可防止地層垮塌等特點的雙聚低固相泥漿。

3.4 測斜結果

由于井筒直徑分別為6 m和7 m加上孔深為1 005 m，這使得鉆孔最大偏距不得大于1.5 m。為了保證工程質量，采用了多點測斜儀和YST-48X無線隨鉆測斜儀和螺桿定向相結合的防斜技術，時刻監測鉆孔孔斜，嚴格偏移距控制在設計范圍內，測斜點距為1 m。進風井泄水鉆孔共完成兩次全孔測斜。第一次測斜在φ215 mm導向孔鉆進1 015 m后進行，電測最大點是孔深360 m與490 m處，測點傾角分別為0.06°和0.33°，方位角分別為47.36°和52.58°，偏移距都為1.49 m；第二次測斜在φ460 mm擴孔到1 005 m后進行的，電測最大點是990 m處，測點傾角為0.46°，方位角為18.83°，偏移距為1.49 m。回風井泄水鉆孔共完成兩次全孔測斜。第一次測斜在φ215 mm導向孔鉆進1 015 m后進行，電測最大點是500 m與510 m處，測點傾角分別為0.43°和0.37°，方位角分別為145.45°和171.61°，偏移距都為1.00 m；第二次測斜在φ460 mm擴孔到1 005 m后進行的，電測最大點是500 m處，測點頂角為0.29°，方位角為167.71°，偏移距為0.82 m。進、回風井泄水孔于2013年7月1日開鉆，2013年11月8日竣工，用時約130 d。施工中采用合理的鉆進參數、足量的加重鉆鋌及粗徑鉆具組合、安裝扶正器及滿眼鉆進、大泵量、跟蹤測斜、隨鉆螺桿定向等方法防斜，孔深1 005 m，鉆孔偏距均符合設計要求，達到了精確快速成孔。

4 泄水孔孔斜揭露驗證情況

井筒實際揭露泄水孔情況表明，泄水孔的偏斜距均控制在1.5 m范圍內，不偏出井筒范圍，具體偏斜見表1，滿足了井筒施工泄水要求。

表1 井筒泄水孔偏斜距情況表 m

5 結語

本文所述綜合的泄水孔施工技術經唐口南部進風井和出風井兩個井筒的成功應用，極大地減少了井筒工作面涌水以及井壁淋水，從而更加有利于井筒掘進施工。提前探明井筒施工時各含水層的水量，為以后的防治水工作提供了寶貴的經驗。

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[2] 趙運興．煤田鉆探技術手冊(修訂本)[M]．北京：煤炭工業出版社，1986．

[3] 金 川．淮南礦區凍結法鑿井的幾個關鍵技術問題[J]．建井技術，2006，27(6)：26-29．

[4] 朱誼勇．井筒泄水孔及井壁截水槽綜合利用措施在立井防治水中的應用[J].山西煤炭，2014(7)：61-62．

[5] 左 旗，王學恒.文家坡排矸立井井筒掘砌施工中泄水孔的應用[J].黑龍江科技信息，2012(5)：254.

Fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy

Hu Chunyu Liu Zengping Wei Ronglv

(TangkouCoalMiningIndustry,ShandongEnergyZiMineGroup,Jining272000,China)

Combining with engineering examples, the paper studies fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy, introduces drilling hole design measures, discusses drilling matters from aspects of drilling equipment, drilling construction and slurry selection, which meets demands of fast hole forming and shaft weep hole.

shaft, weep hole, drilling, hole-forming

1009-6825(2015)32-0074-02

2015-09-08

胡春雨(1987- )，男，助理工程師； 劉增平(1964- )，男，研究員； 韋榮律(1978- )，男，工程師

P634.2

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