礦山大口徑排水鉆孔的施工工藝探討

賀宏偉

（北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

1 總體設計方案

（1）鉆孔設計。本排水孔工程孔深550m，下放Φ426mm×12mm無縫金屬管，最終裸孔孔徑要大于鋼管直徑，設計為Φ550mm，因裸孔孔徑過大不能一次施工完成，要經過導孔+兩級擴孔后最終成孔。

（2）鉆進過程中導孔+兩級擴孔的鉆具優化組合。①導向孔：φ190mm鑲齒合金鉆頭，φ159mm加重鉆桿4單根，89mm鉆桿+方鉆桿。②一級鉆孔：φ350mm鑲齒組合鉆頭，φ178mm加重鉆桿4單根，φ159mm加重鉆桿2單根，φ89mm鉆桿和方鉆桿。③兩級鉆孔：φ550mm鑲齒組合鉆頭，φ178mm加重鉆桿4單根，φ89mm鉆桿和方鉆桿。

2 施工關鍵環節及要素

（1）鉆孔沖洗液。本工程鉆進采用泥漿作為鉆孔沖洗液。泥漿為低固相聚合物泥漿，要求泥漿具有較高的攜帶和懸浮巖屑的能力。①鉆孔泥漿配制。采用泥漿土粉、碳酸鈉、纖維素、燒堿（NaOH）和清水進行配漿。②鉆孔泥漿性能。泥漿性能要求：鉆孔泥漿粘度控制為25S～35S，泥漿失水量＜18mL/30min,泥漿比重＜1.12g/cm3，pH值9～11，含砂量控制＜2%。

（2）鉆孔防斜。①把好開孔關，開孔采用輕壓中等轉速。②鉆頭和鉆具的組合要配置合理，根據鉆頭承受壓力以及孔內產生的扭矩合理的配置加重鉆桿的數量。③鉆進過程中要使用陀螺測斜儀檢測孔的斜度變化，每30m測一次。根據孔斜變化合理調整鉆進參數，孔斜超限時，下入φ146mm螺桿鉆具配合陀螺測斜儀進行定向糾偏，使鉆孔軌跡回到原有設定的靶域內。

3 鉆孔穿采空區施工

施工中發現從地面開始66m～220m處有多層煤。因20世紀90年代非法開采小礦泛濫存在盜采行為，本排水孔施工過程中遇到多次掉鉆現象，遇到了多層采空區，最大的一層落差0.5m，采空區的出現使鉆孔的施工難度增加。

（1）鉆孔過采空區的主要難點。①采空區內地質條件復雜難以成孔，鉆孔鉆進過程中孔壁不穩定，如果處理不當容易出現孔內事故。②鉆孔過采空區時，需要先對采空區進行治理，確保對鉆孔安全沒有影響時才能通過，會耽誤大量的時間來處理，造成整個施工工期的滯后。

（2）針對本次施工遇到采空區的治理。①采空落差小、輕微漏失。根據泥漿泵排量算出每小時的漏失量，適量加入泥漿堵漏性能調節劑，增加泥漿的粘性，用泥漿泵打入孔內進行循環；直至漏失量小到不影響鉆進方可正常鉆進。②采空落差中等、中度漏失。選用當地一種膠泥土，制作大量的黏土球外面包裹后投入孔內，下鉆搗實，搗實面要高于漏失段10m，配合配制好的堵漏泥漿安全過采空區。③采空落差大、嚴重漏失。采空區落差大有空腔時，黏土球堵漏無效，向孔內投石子和砂子混合干料5立方，然后下入光頭鉆桿充分夯實，再采用水灰比0.6:1的高強度水泥漿進行封堵，侯凝36小時，下鉆掃孔，如繼續漏失則繼續重復上述方法，反復數次直至孔內返出漿液后方可鉆進穿過采空區。

4 排水鉆孔管路下放前準備工作

本排水鉆孔管路規格Φ550mmx12mm，全孔整體重量60t左右，下放難度很高，關鍵環節稍有差錯可能造成下管失敗，下套管前準備工作要用心細致。

（1）下管前孔內泥漿的調整。擴孔完畢后調整要充分循環，直至孔底巖粉沖洗干凈，并保證鉆孔下套管時孔底干凈且孔內不出現異常。泥漿在原有調整的基礎上再充分合理的加入改善泥漿性能的各種添加劑，維護孔壁防止縮孔徑造成下管困難。

（2）通孔、管路試下。為保證鉆孔壁規則下管順利，下管前使用鉆桿下放長約20m的Φ426 mm×12 mm套管到孔底進行試下，確保孔內安全上下無阻。

（3）套管底部浮力塞設計。浮力塞主要針對下放排水管安裝使用，在第一根入井的Φ426mm×12mm管路底端內部加工如圖所示的浮力塞，其作用是增加孔內泥漿對套管的浮力，減小套管懸重，以適應鉆塔的吊拉能力。固管注漿時，泵壓推動漿液壓在浮力塞底板，逆止閥彈簧拉伸，浮力塞呈敞開狀，漿液經鉆桿和浮力塞上正反接頭、逆止閥和提前割好的漿液返流口，進入管路與孔壁的環形空間返出地面。浮力塞上部的正反接頭用于連接鉆具，在浮力塞下面加工若干孔眼，留作固管用的出漿口在套管底口塞入木塞做導向。

5 套管下放工藝及連接方法

（1）割洞穿杠和升降機提吊工藝。大口徑套管自身重量很大，無法采用吊卡提升、管間絲扣連接等常規方法下放，須采用焊接割洞穿杠法。首先將套管上端3m處部位割兩個對稱的Φ108mm圓孔，割洞處打坡口增加后續焊接面積。用不小于Φ89mm實芯金屬繩穿過圓孔，將套管放于孔內，鋼杠卡在鉆機轉盤面上，解開繩后拉起另一根套管，底部對準入井套管的頂部，兩根套管對中后進行焊接，焊接好后再提起套管，抽掉鉆機轉盤面上的鋼杠，焊接封死兩個穿杠圓孔，下入孔內一根套管，以此類推，直至套管全部下放完。

（2）套管焊接工藝。①下管時所有套管兩端打6mmX6mm的坡口，以便增加焊接面積。使用鉛錘、水平儀，確保套管之間的同軸度和直線度。②焊條選用高標號、高強度焊條保證管路焊接安全。③套管焊接的接縫兩側在焊接前用鋼絲刷仔細刷幾遍，保證接口的干凈，提高焊接的強度。④在角焊時要注意保持正確的焊條角度，運條速度及手勢要根據焊腳尺寸而定。

（3）管路下放速度及平衡漿液的補充。下放套管過程中，會在到達一定深度后會出現浮力大于套管自重，下放套管前就應根據浮力公式和泥漿比重精確計算套管內回灌泥漿的重量。保持下管重量始終大于浮力，使管路順暢下放。

6 套管封固方法

①套管下放到孔內設定位置后管路內下入89mm鉆桿，鉆桿頭公扣與套管底部前期安裝的浮力塞上部反絲相連，將泥漿泵與輸漿管路連接好。②按比例配制漿液配合，攪拌均勻后打開閥門，水泥漿液流入儲漿池。漿液通過泥漿泵、輸漿管路、浮力塞，再經管路與孔壁的環形間隙流返出地面后可視為固管質量合格，等候凝固72小時候可轉入下一步工序。

7 結語

施工礦山大口徑排水鉆孔施工時無法做到一次成孔，應先進行小口徑導向鉆孔施工，導向鉆孔是施工中的重中之重的部分，務必通過儀器控制孔的垂直，偏斜度控制在最小范圍。然后根據實際地層情況分級擴孔，分級擴孔時要合理調配鉆孔泥漿，防止鉆孔出現掉塊、卡鉆、孔壁因失水縮徑；如遇下套管深度較深時，下管前應對套管進行側向抗水壓強度等穩定性進行分析，在施工過程中嚴格執行設計要求，精心把控具體施工環節，才能安全順利地下放大口徑套管，也為后續類似工程的施工積累經驗。