青山煤礦壓風系統改造的施工方法

李尉進，易香保，倪禮強，李洪波

（中鼎國際工程有限責任公司，江西 南昌330096）

1 概述

青山煤礦屬生產礦井，擁有多個水平，為滿足安全避險六大系統和提高井下供風能力的要求，須重新布置一套壓風系統至新水平。如沿立井鋪設管路，原井筒斷面沒有足夠安全空間且影響正常提升；如沿暗斜井鋪設管路，線路過長，能量損耗大，經濟效益差。經過研究和試驗，采用反井鉆機在水平之間施工鉆孔并安裝管道方法，將壓風系統延伸至下水平，解決了礦井開拓實際問題。下文將以該礦三～四水平間壓風系統改造工程為例介紹主要施工方法。

2 工程概況

三水平標高－117.0m，四水平標高－250.7m，設計鉆孔深度133.7m，鉆孔傾角90°，孔徑500mm，安裝Φ325mm×10mm無縫鋼管，管孔間隙采用注漿充填固結。工程平面、剖面見圖1、圖2。

3 施工準備

3.1 設備選型

（1）根據井孔深度、終孔直徑、井孔傾角度、地質構造及參數、水文地質條件、運輸條件、吊裝條件以及供電、供水情況、作業空間，下水平巷道開通情況，選用LM－120型反井鉆機，配Φ250mm牙輪鉆頭和Φ500mm導向擴孔牙輪鉆頭。

（2）鉆孔過程采用泥漿護壁，為了提高泥漿排渣和循環能力，選用TBW－1200／8B型高壓泥漿泵。

（3）其它設備見表1。

圖1 工程平面

圖2 工程剖面

表1 其它主要設備

3.2 設備安裝

為滿足鉆機和管路安裝施工的需要，在鉆孔上端位置施工反井鉆機鉆場硐室1個，鉆場規格6m×4m×5m（長×寬×高）；對鉆孔下端貫通位置進行巷道加固。

先根據礦方提供的坐標測量確定鉆孔和反井鉆機基礎位置，澆筑反井鉆機基礎，調整“井字型”框架至水平狀態并與基礎連接固定；在框架上安裝、固定反井鉆機，并進行試機。

4 施工過程

1）反井鉆機先用自制組合鉆頭向下施工Φ500mm鉆孔（邊鉆邊擴），鉆進接近下水平巷道頂板時，鉆孔底部預留2～5m厚巖柱（根據巖性確定），保持孔內泥漿面高度（防止塌孔）。

2）地面預制時，將無縫鋼管加工成3m／節（井下空間限制），接口處預留好焊接用坡口；將處理好的鋼管吊裝至孔口下放，并用管卡固定住；再將另一節鋼管（上段）吊裝至孔口，用另一套管卡固定，與已固定好的鋼管（下段）進行對口（焊接）；最后再將兩個對半的套管（Φ350mm×100 mm）焊接（加固）至鋼管接口處。鋼管連接情況見圖3。

圖3 鋼管連接示意

3）重復上述鋼管吊裝、連接過程，一節一節地將鋼管下放；下放過程中，通過利用孔內泥漿的濃度調節和鉆機自帶吊機的提升能力，采用浮力下沉的方法使鋼管平穩下放至孔底。

4）反井鉆機更換Φ250mm鉆頭將預留巖柱（2～5m厚）貫通，將孔內泥漿排出，并用清水將管道沖洗干凈。

5）將管道上口固定牢靠之后，反井鉆機更換Φ500mm導向擴孔牙輪鉆頭，將下孔口預留巖柱反向刷大到設計斷面。

6）將管道整體下放至露出管道末端為止并固定，進行尾管（彎管）連接。

7）支設孔底擋板，預埋壁間注漿管，用注漿機進行注漿將管道與孔壁之間的縫隙充填滿。

8）水泥漿液達到設計強度后拆模后方投入使用。

9）工藝流程（見圖4）。

圖4 工藝流程

5 質量控制

1）開孔鉆進前應檢查鉆孔中心，鉆機應調平，鉆機必須牢固固定在基礎平臺上。

2）開孔鉆進應采用低鉆壓，鉆進兩根鉆桿深度后，再按給定參數鉆進。

3）鉆頭進入破碎巖層中應采用低鉆壓，待鉆頭進入穩定巖層后再恢復鉆壓。

4）鉆進過程采用陀螺儀定向，隨鉆可提式導向器和螺桿鉆糾斜。

5）為防止鉆進塌孔，在泥漿循環過程中，要不斷補充新漿，沉淀巖屑，提高泥漿粘度和比重，降低失水量，加強井壁保護。

6）管道下置前要在先配組，丈量管道長度，清除管內雜物，下管后進行復測深度，確保管道下置深度符合設計要求。

7）認真檢查準備安裝管路的質量，嚴禁使用彎曲、變形、夾皮、薄厚不均等有缺陷的管道。

8）采用焊接方式接長管道時，管端要端正，確保同心度，焊縫厚度應符合設計強度等要求。

6 安全措施

1）鉆機鉆進前應全面空載運轉，確認設備是否正常。

2）液壓膠管應按要求連接，用卡箍、U型卡等固定，以防止其脫落。

3）鉆機現場要求通風良好，防止瓦斯集聚，鉆機工作點應配有瓦斯檢測儀，焊接作業要嚴格執行安全技術措施，設專職安全員全程監督。

4）鉆進時，司機要集中精力，根據現場實際情況調整好轉速、轉壓等參數，經常注意壓力表的變化情況，同時要防止身體部位卷入設備，加強防護。

5）孔內卸放泥漿過程要做好上下水平通訊聯系，并預先準備好泥漿排放通道和沉淀池。

6）高壓泵要由專人操作，連接管路要牢固，防止高壓液體噴出傷人，同時制備的泥漿經過充分的沉淀、攪拌和過濾才能重新進入系統。

7）鉆孔結束開始安裝管路前應圍護好孔口，防止墜落，孔口下方嚴禁人員通過。

8）管路安裝完成后要及時注漿固定，注漿宜使用微膨脹泥水材料。

7 結語

該礦井三～四水平壓風系統改造施工歷時27天，安全無事故，達到了設計預期效果，工程質量優良。

該礦井從地面至五水平均采此方法分段進行施工，共安裝管路近500m，較采用沿暗斜井鋪設管路長度縮短近1000m，累計節約工程造價157萬元。按最遠用風地點計算，管路壓力損失減少約0.04MPa，漏風量減少約16m3／min，且優化后的壓風系統管路不易損壞，減少了維修費用，大大提高了管路的使用年限。

泥漿護壁效果及鉆孔偏斜度的控制直接影響到鋼管下放的順利進行，因此在施工過程中一定嚴格控制。

此管線優化布置和施工方案對于各類礦井（含非煤礦山）具有一定的參考意義，不僅用于壓風系統，供排水、通風、供電、通訊等系統均可采用這種方式從上水平（地面）延伸至下水平（井下），提高工效，節省投資，節約能源。