煤礦定向大直徑排水孔鉆探工程施工技術研究

摘 要：隨著煤礦生產力水平的提高，煤礦開采不斷向深部發(fā)展，使得井下施工條件日益復雜，瓦斯、排水、通風等問題逐漸成為煤礦生產最大的安全隱患，因此定向大直徑工程孔施工技術對煤礦安全生產具有重要意義。文章以定向大直徑排水孔工程為例，詳細介紹了大直徑定向鉆孔的施工難點及施工技術，對同類鉆孔施工具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：大直徑；定向排水孔；施工難點；施工技術

1 工程概況

陜西紅柳林煤礦為解決礦區(qū)巷道排水、應對煤礦透水等突發(fā)事件，按照煤礦應急排水系統(tǒng)設計要求，從地面垂直施工2個排水孔，孔深154m，終孔直徑650mm，終孔落點分別位于兩個3m×4m的硐室內。

2 工程地質條件

本次施工鉆孔總體上可分為土層段和基巖段，鉆孔深度160m。根據(jù)前期勘查資料顯示，土層段由黃土層（層厚約為15m）和粘土層（層厚約為38m），土層段累計深度約為53m；基巖段為侏羅系中統(tǒng)延安組第三至一段部分地層，5-2煤以上基巖巖層厚度約為100m，5-2煤煤層厚度約為6.0m，基巖段巖性為深灰色粉砂巖、中、細粒砂巖、泥巖，巖層依次含4-2、4-3、4-4、5-1號煤層，基巖段累計深度約為101m。

3 技術要求

（1）從指定的地表孔位向下施工一孔徑為650mm的鉆孔，無需采芯，靶心位于井下排水硐室的頂端，孔深約154m；（2）鉆孔終孔孔斜率≤0.5%；（3）成孔后，孔內下入426×9mm無縫鋼管，管壁與孔壁之間的環(huán)狀間隙全部用水泥漿液固結。

4 施工難點

（1）垂直度要求高。本工程要求鉆孔從指定的靶心穿出，否者視為廢孔，且成孔后全孔要下入Φ426mm×9mm的無縫鋼管鋼管，若鉆孔稍有彎曲，鋼管下不到位，則達不到施工目的。（2）孔徑大。因要下入Φ426mm的鋼管和用水泥漿液固管，要求鉆孔孔徑為650mm。（3）排水孔上部覆蓋層黃土，表層結構松散，極易造成坍塌，土層鉆進過程中容易堵塞鉆頭；下部基巖為煤系地層，砂巖、泥巖、煤互層，鉆進中容易造成孔斜。（4）鋼管焊接垂直度要求高。鋼管在下放的過程中，管與管的焊接垂直度要高，否則無法正常下放到設計位置。

5 施工技術

5.1 鉆孔施工

5.1.1 防斜鉆進措施

（1）開孔時全站儀精準定位

鉆機安放到位并用枕木將鉆機主要受力部位墊穩(wěn)，立起桅桿后將兩臺全站儀分別架設在同一平面互成直角的兩個方向，用以矯正鉆孔位置和桅桿的垂直度，確保開孔時孔位準確，鉆機桅桿垂直。

（2）小口徑導向孔

由于大直徑鉆孔無法一次成型，本工程采用先鉆一個小口徑導向孔后擴孔的方法，只要小口徑導向孔相對垂直，大口徑的鉆孔如果始終沿著小徑導向孔的軌跡鉆進，所成鉆孔也相對垂直，這樣就能達到順利下放大直徑鋼管的目的。

本工程中使用φ150mm復合片鉆頭，選用意大利SM-21履帶鉆機施工，采用泥漿循環(huán)鉆進，鉆進至設計孔深154m。通過施工，小徑導向孔成功地鉆至靶心區(qū)域。經測井車測量，鉆孔軸線僅偏離鉛垂線30cm，完全達到為后續(xù)大直徑鉆孔擴孔起到導孔作用的要求。

5.1.2 擴孔工藝

在擴孔鉆頭前部加設上一級直徑的鉆頭作為引路導向，同時在擴孔鉆頭上部一定位置上加設同徑級的導向裝置，預防鉆孔的偏斜和鉆桿的擺動。

鉆頭的選擇和擴孔鉆頭的制作應遵循以下原則：（1）黃土、黏土的施工盡量選用自制的三翼鉆頭，防止鉆進過程中鉆頭堵塞；（2）6～7級硬巖宜選用鑲齒牙輪鉆頭；（3）擴孔鉆頭也應選用與其先導孔施工同級別的牙輪掌組焊；（4）擴孔鉆頭的組焊應保證輪掌新舊程度一樣、焊后高低一致、外徑相等及各個輪掌同心，否則影響鉆孔的安全和牙輪的使用壽命；（5）組焊的牙輪鉆頭，牙輪應分布均，順圓周單行排列。

本工程依次采用φ350mm、φ520mm、φ650mm自帶前導牙輪鉆頭分三級采用高風壓孔內排渣法進行擴孔，鉆至孔底154m。

5.2 管道安裝

管道安裝：管道采用孔口外套管導正法焊接連接，夾板固定后用25t汽車吊起吊安放。

管道連接：連接外套管采用8mm厚，外徑450mm、長400mm的無縫鋼管。將其分別套入兩管道接頭外壁，以保證管道軸向連接一致。采用手工電弧焊連接，并確保焊接時焊縫飽滿，質量可靠。

管道安放：管道安裝時需采用高強度鋼夾板夾持以確保安全，管道安放時下端安裝導向錐管，以防刮蹭孔壁。

固管注漿：管道下放至孔底設計位置后，向下再多放2.0m，下部管道外壁纏裹止水膠帶，長度1.0m，后提升至設計位置。孔壁與管壁間隙，采用1：1水泥漿充填固管。

6 結束語

本次排水孔施工中，施工口徑、深度大，實踐中發(fā)現(xiàn)決定進度和質量的關鍵因素是鉆孔垂直度的控制，根據(jù)地層情況，采取合理的鉆具組合，制定有效的防斜技術措施是工程順利完成的關鍵。同時先用小徑鉆進后擴孔的施工方法，保證了工程成功率。

參考文獻

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