趙固二礦地面區(qū)域水害治理中施工工藝探討

賀宏偉

（北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

采用地面定向千米鉆機(jī)施工鉆孔，利用地面注漿站通過(guò)千米鉆孔向井下二1礦層底板破碎地段、導(dǎo)含水地段及L8灰?guī)r含水層等區(qū)域進(jìn)行多個(gè)水平鉆孔施工，鉆空合理均布整個(gè)區(qū)域然后進(jìn)行注漿加固，變含水層為隔水層或弱含水層。

1 鉆孔施工工藝

（1）注漿鉆孔軌跡設(shè)計(jì)。鉆孔經(jīng)過(guò)直孔段、造斜段的施工，鉆孔頂角由0°變?yōu)榧s85°～90°使鉆孔走向與L8灰?guī)r含水層傾角相近，以達(dá)到鉆孔在L8灰?guī)r含水層內(nèi)順層鉆進(jìn)的目的。鉆孔軌跡設(shè)計(jì)如圖1所示，在具體施工過(guò)程中，鉆孔軌跡控制坐標(biāo)點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。分支孔在施工過(guò)程中，要遵循與主孔夾角合適、大體均布、間距合理的原則，嚴(yán)控頂角，監(jiān)控方位，保障軌跡。

圖1 鉆孔軌跡示意圖

（2）鉆孔結(jié)構(gòu)。本工程經(jīng)直孔段、造斜段施工，使鉆孔進(jìn)入L8灰?guī)r含水層，并沿L8灰?guī)r順層鉆進(jìn)，主孔施工完成后，分別進(jìn)行6個(gè)、8個(gè)分支孔的施工，鉆孔的主體結(jié)構(gòu)如圖2所示。一開(kāi)，孔徑Φ350mm，下入Φ244.5×8.94mm套管；下至基巖層段，進(jìn)入基巖內(nèi)不少于10m，并用純水泥漿進(jìn)行固管。二開(kāi)，孔徑Φ216mm，下入Φ177.8×8.05mm套管，下至L8灰?guī)r頂界，并用純水泥漿進(jìn)行固管。三開(kāi)，孔徑Φ152.4mm，沿L8灰?guī)r順層鉆進(jìn)，為裸孔段。

（3）鉆具組合。一開(kāi)鉆進(jìn)：Φ215.9mm鉆頭+Φ172mm螺桿鉆具+Φ172mm無(wú)磁鉆鋌+Φ172mm鉆鋌+Φ89mm加重鉆桿+Φ89mm鉆桿；一開(kāi)擴(kuò)孔：Φ350mm鉆頭+Φ159mm鉆鋌+Φ89mm加重鉆桿+Φ89mm鉆桿；二開(kāi)：Φ215.9mm鉆頭+Φ172mm螺 桿 鉆 具+Φ172mm無(wú) 磁 鉆 鋌+Φ172mm鉆鋌+Φ89mm加重鉆桿+Φ89mm鉆桿；三開(kāi)：Φ152.4mm鉆頭+Φ127mm螺桿鉆具+Φ127mm無(wú)磁鉆鋌+Φ127mm鉆鋌+Φ89mm加重鉆桿+Φ89mm鉆桿。在施工過(guò)程中根據(jù)地層分布特征及鉆孔軌跡情況，對(duì)鉆具組合進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

（4）鉆孔泥漿性能要求。①鉆進(jìn)直孔段時(shí)，要求鉆孔泥漿密度控制在1.05g/cm3～1.20g/cm3，粘度控制在20＂～30＂，并根據(jù)鉆孔情況及時(shí)加入鉆孔泥漿添加劑調(diào)整鉆孔泥漿；②鉆進(jìn)造斜段和水平順層段時(shí)，采用優(yōu)質(zhì)低固相鉆孔泥漿，要求鉆孔泥漿密度控制在1.10g/cm3～1.25g/cm3，粘度控制在25＂～40＂，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候加入油脂潤(rùn)滑劑，以減小鉆具上下阻力，并根據(jù)鉆孔實(shí)際情況及時(shí)添加處理劑，調(diào)整鉆孔泥漿性能。

鉆孔泥漿配比與泥漿材料及添加劑量對(duì)應(yīng)表如表1所示。鉆孔泥漿配制及維護(hù)分段處理，表土段注意防沙、孔壁防塌；基巖段，提高鉆孔泥漿排量，以將粉碎的鉆屑帶出，鉆孔泥漿經(jīng)過(guò)處理后再循環(huán)使用。

表1 鉆孔泥漿配比與泥漿材料及添加劑量對(duì)應(yīng)表

（5）鉆孔泥漿管理。①鉆孔泥漿性能監(jiān)測(cè)：每2小時(shí)檢測(cè)一次，并認(rèn)真記錄，調(diào)整鉆孔泥漿時(shí)，加密測(cè)量。②鉆孔泥漿凈化：人工撈取沉淀巖粉和旋流除砂器同時(shí)進(jìn)行，降低鉆孔泥漿含砂量。③發(fā)現(xiàn)鉆孔泥漿性能有突然變化時(shí)，要分析、查找原因，制定處理方案。鉆孔泥漿處理方案見(jiàn)表2所示。④設(shè)專(zhuān)職鉆孔泥漿管理人員。⑤鉆進(jìn)過(guò)程中如果出現(xiàn)泥漿漏失量超過(guò)注漿要求數(shù)值，施工單位及時(shí)上報(bào)礦方，按照礦方要求采取措施進(jìn)行堵漏或注漿。

表2 鉆孔泥漿處理方案表

（6）鉆進(jìn)參數(shù)。①開(kāi)孔是保證鉆孔垂直度的關(guān)鍵，為確保開(kāi)孔的垂直度，在開(kāi)鉆前要在砼基礎(chǔ)上預(yù)留環(huán)形孔槽，開(kāi)孔鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)以輕壓、慢轉(zhuǎn)、大泵量為宜，保證鉆孔開(kāi)孔垂直度。②正常鉆進(jìn)時(shí)，控制壓力不超過(guò)加重鉆具重量的2/3。③造斜段、水平段每鉆進(jìn)4m～5m上提鉆具，進(jìn)行掃孔一次，每鉆進(jìn)9m左右，掃孔不少于2次。

（7）測(cè)斜及定向。在施工直孔段的過(guò)程中，主要是監(jiān)測(cè)鉆孔的偏斜，進(jìn)行及時(shí)的糾偏。在造斜段施工過(guò)程中，根據(jù)需要及時(shí)的調(diào)整鉆具的定向工具面角，保證鉆孔實(shí)際軌跡與鉆孔設(shè)計(jì)軌跡相吻合，同時(shí)應(yīng)盡量使鉆孔軌跡光滑，無(wú)大的狗腿角度；在順層段施工過(guò)程中，主要是穩(wěn)定鉆孔的傾角，保證水平段始終在L8灰?guī)r巖層內(nèi)順層鉆進(jìn)。

2 注漿施工工藝

（1）注漿施工順序。①鉆機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，首先對(duì)2個(gè)主孔進(jìn)行施工。施工完成后下入套管，并用純水泥漿固管，進(jìn)入順層段后，根據(jù)鉆探情況進(jìn)行注漿。②主孔施工結(jié)束后，進(jìn)行各分支孔施工。具體施工順序根據(jù)礦方巷道掘進(jìn)等綜合因素確定。

（2）注漿工藝流程。純水泥漿注漿工藝流程：一次攪拌（加入水泥）→二次攪拌（加入添加劑）→注漿泵輸送（泵量計(jì)量注漿量）→注漿管路→受注巖層段。粘土水泥漿注漿工藝流程：采集粘土→制備粘土漿→原漿池→去砂（除砂器、振動(dòng)篩）→儲(chǔ)漿池→一次攪拌（加水泥）→二次攪拌→注漿泵輸送（泵量計(jì)量注漿量）→注漿管路→受注巖層段。

（3）注漿前的準(zhǔn)備工作及管路打壓試驗(yàn)。注漿前的準(zhǔn)備工作主要包括注漿站的建設(shè)，注漿管路系統(tǒng)的形成，電路的架設(shè)，水路的敷設(shè)，注漿材料來(lái)源的確定以及注漿管路系統(tǒng)的打壓試驗(yàn)。所有注漿系統(tǒng)形成后，應(yīng)進(jìn)行打壓試驗(yàn)，注漿段管路打壓壓力應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)最大壓力3MPa～5MPa，穩(wěn)定20min管路無(wú)滲漏即可投入正常使用。