康家灣礦區(qū)充填孔大直徑鉆孔施工防斜措施

李德波，劉 兵

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì)，湖南 衡陽 421001）

1 概述

康家灣礦永久充填+2號充填鉆孔施工項(xiàng)目，工期要求2019年2月15日進(jìn)場，2019年3月10日完工，共計(jì)24天。鉆孔設(shè)計(jì)要求必須精準(zhǔn)對穿地下249.5m處0.8＊0.8米的巷道，傾角90度，終孔口徑110mm。

我方于2月14日進(jìn)場，2月23日開孔，3月9日終孔。對鉆遇的砂巖、碳質(zhì)砂巖、石英砂巖等軟硬夾層進(jìn)行了防偏斜施工，最終精準(zhǔn)鉆入礦區(qū)井下249.5m處0.8＊0.8的巷道內(nèi)。面對該孔室內(nèi)場地受限、工期緊、垂直度要求高的難點(diǎn)，在2號充填孔施工全過程中，采取了控制給進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速、增加扶正設(shè)備與PQ122繩索施工相結(jié)合的施工工藝方法，采用PQ122繩索工藝施工，主要利用它高效、省時(shí)省力特點(diǎn)，即不用頻繁起下鉆減少鉆進(jìn)的輔助時(shí)間和解放勞動(dòng)強(qiáng)度。通過反復(fù)的試驗(yàn)及每35m～40m一次鉆孔測斜的結(jié)果，根據(jù)施工和測斜情況逐步調(diào)整給進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速以及鉆桿扶正器的投入量，最終高效地完成該鉆孔的施工，并且成功控制了鉆孔的飄斜，鉆入礦區(qū)井下249.5m處0.8＊0.8的巷道內(nèi)，全孔孔飄斜量僅為0.10度，取得了良好的效果。

2 2號充填孔地質(zhì)概況及井身結(jié)構(gòu)

該區(qū)域地層巖性為侏羅系砂巖，自上而下依次為：0m～63m為碳質(zhì)粉砂巖、63m～128m為中砂巖與粉砂巖、128m～249.5m為碳質(zhì)粉砂巖與砂巖相互交錯(cuò)，其中在195.4m～198.7m處為泥質(zhì)砂巖。整體巖性研磨性、強(qiáng)度一般，巖心較脆。2號充填鉆孔孔身結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 2號充填孔孔身結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 鉆探設(shè)備及鉆探施工條件

2號充填孔選擇的主要設(shè)備詳見表2，施工場地受現(xiàn)有充填站的影響，懸空5m架設(shè)工字鋼平臺，通過測量效正平臺做到水平誤差在±2mm。

表2 2號充填孔主要鉆井設(shè)備

4 施工中主要技術(shù)難點(diǎn)

康家灣礦2號充填孔鉆探施工存在的最大問題是如何保證鉆孔在25天工期內(nèi)精準(zhǔn)對穿地下249.5m處0.8＊0.8的巷道。

因按照合同工期和開孔時(shí)間計(jì)算我們必須保證在施工期內(nèi)平均每天進(jìn)尺在15m以上，這就意味著我們沒有時(shí)間重新施工鉆孔或偏斜以后再糾斜，必須一次成孔。若按照以往的施工工藝方法不采取相應(yīng)的防偏斜措施根本無法到達(dá)地質(zhì)設(shè)計(jì)目的。

施工期間，我們使用上海地學(xué)儀器研究所防磁無線光纖陀螺測斜儀每隔40m左右進(jìn)行一次測斜，通過數(shù)據(jù)反映的情況調(diào)整扶正器、給進(jìn)壓力、鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速，逐步在工期內(nèi)高效完成該充填孔施工。

5 采取的技術(shù)措施

通過以往鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)的積累，我們在該孔研發(fā)了一套實(shí)用的鉆孔防斜保障措施，在扶正措施上取得了一些突破。這套措施原理簡單，可操作性高，效果明顯，效益高，成本低，周期短。

5.1 主動(dòng)鉆桿扶正接手?133mm、?150mm及?114鉆桿?122mm扶正器的實(shí)際應(yīng)用

鉆孔偏斜情況決定鉆孔終孔靶點(diǎn)偏離情況，因此，控制鉆孔的偏斜對于該孔是否能精準(zhǔn)揭穿目標(biāo)巷道有決定性的意義。

鉆具在孔底的偏倒角決定于孔壁間隙和粗徑鉆具長度，即：

式中：b——孔壁間隙m，L——粗徑鉆具長度m。

康家灣礦2號充填孔的施工，因機(jī)臺離地面懸空5m，采用下外徑?168mm套管作為護(hù)筒，通過鉛錘器及懸吊?150鉆具入護(hù)筒內(nèi)效正護(hù)筒，焊接固定護(hù)筒，防止在施工過程中擺動(dòng)。之后如果采用?150mm的鉆具+?114鉆桿鉆進(jìn)。此時(shí)?65mm主動(dòng)鉆桿與?168mm套管（壁厚4.5mm）環(huán)空間隙為47mm，?114鉆桿與?168mm套管環(huán)空間隙為22.5mm。

同理，在下完?146mm套管施工PQ122的繩索取芯鉆進(jìn)時(shí)，?114mm鉆桿與?122.7mm鉆孔的環(huán)空間隙為4.35mm，上述如此大的環(huán)空間隙為鉆桿彎曲提供了很大空間，為鉆孔偏斜埋下了隱患。

因此，減小?114mm鉆桿與套管及孔壁、?65mm主動(dòng)鉆桿與套管的環(huán)空間隙對于預(yù)防鉆孔偏斜顯得極其重要。我們參照?122.7的擴(kuò)孔器扶正的原理到廠家定做了一批?122mm的扶正器，同時(shí)針對?65mm主動(dòng)鉆桿與套管間的大環(huán)空間隙自主加工了?133mm、?150mm的扶正接手，解決了環(huán)空間隙大的問題。另外，每6m鉆桿增加一個(gè)122鉆桿扶正器相當(dāng)于無線延長了鉆具總長，解決了鉆具不夠長的問題。

最后，我們以減小環(huán)空間隙與延長鉆具總長為突破口，經(jīng)過每40m利用防磁陀螺測斜儀測斜數(shù)據(jù)的反映，保質(zhì)保量地在合同工期內(nèi)完成了該充填孔的施工。

5.2 鉆進(jìn)給進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速對鉆孔彎曲的影響

該鉆孔施工從開孔0m～35m，全是依靠鉆桿鉆具的自重施工（35米鉆桿鉆具+主動(dòng)鉆桿約為630KG），轉(zhuǎn)速是83r/min與152r/min，此時(shí)鉆孔施工到目前為止鉆孔測斜放映的頂角數(shù)據(jù)為0.01度，隨后的鉆進(jìn)過程中，根據(jù)測斜儀反映的數(shù)據(jù)逐步調(diào)整鉆進(jìn)的給進(jìn)壓力與轉(zhuǎn)速。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 鉆進(jìn)過程中給進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速與測斜數(shù)據(jù)比對表

雖然一個(gè)鉆孔的數(shù)據(jù)并不能很準(zhǔn)確地反應(yīng)出該地層施工過程中給進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速對鉆孔彎曲度的影響，但是確保了我們按期保質(zhì)保量地完成鉆孔施工任務(wù)，這也為以后在該區(qū)域施工積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語與建議

（1）該孔驗(yàn)證了減小鉆桿與孔壁的環(huán)空間隙和增長鉆具的長度對減小鉆孔彎曲有實(shí)質(zhì)性的效果。

（2）扶正設(shè)備的應(yīng)用能有效預(yù)防鉆孔偏斜，降低施工成本。

（3）重視對預(yù)防鉆孔彎曲的研究對施工的意義重大，同時(shí)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際地層、施工情況具體問題具體分析，不能盲目照搬套用。