地面大直徑應急救援鉆孔成孔工藝設計

摘要：文章針對某礦區采空區域持續性坍塌、過溶洞含水層、過易斜地層等地質條件，探討了大直徑應急救援鉆孔成孔工藝在防范地層坍塌、工作管變形中的應用作用。

關鍵詞：地面大直徑;應急救援鉆孔成孔;工藝

地面大直徑救生孔是在礦井出現重大災難事故，導致礦井井筒、大巷內部出現災難性破壞，難以繼續打通而不得不采取的應急救援措施。地面大直徑救生孔是開辟礦工再生通道的重要措施。為了能夠保證這項措施的有效性，需要地面大直徑救生孔的通道足夠大，在使用的時候要能夠直接到達井下礦工所在的巷口。因此決定了地面大直徑救生孔和一般性的大直徑鉆孔相比要額外使用更加特殊的施工工藝和施工技術。

一、某礦產工程事故情況概述

文章所研究地區位于蒙山西南部，區域范圍內的地貌類型是十分多樣的，具有鮮明的山區特點。該礦區是一個狹長的斷陷盆地，盆地內部擁有豐富的石膏礦山，埋藏比較淺，出現塌陷事故的玉榮石膏礦處于平邑縣下轄保太鎮萬莊村南，距離縣城的距離是10km。大直徑救生孔所在的位置是原始地層60度到70度的基本走向上，傾斜角為25度，淺表在0m到1m的位置上存在松散的表層土，在1m到130m的位置上是灰色的巖層，在130m到200m的位置上是紅色砂泥巖，在200m到220m的位置上是石膏層。灰色巖層呈現出薄狀，之間的灰巖會發育溶洞，并伴隨出現大量的砂沖填物和松散的泥沙。在距離地表24m深度上存在2m的溶洞，距離地表46.5m到48m為水泥、黃泥的充填物。灰巖含水層蘊含了數萬立方米的灰巖水體，在130m以下的地層是紅色砂巖，遇到水之后很容易土崩瓦解。文章所研究地區的水文地質、工程地質條件是十分復雜的，從區域構造角度來看，灰巖層是由古老灰巖推送到紅層上形成的。經過初步判斷了解到灰巖地段地層剪切程度、變形程度會超過下部泥巖段地層，呈現出非均衡的變形。【1】

二、大直徑救生孔技術方法

（一）施工技術方案

大直徑救生孔施工方案的實施深受礦區條件的限制，在具體實施操作的時候鉆孔施工需要經過持續塌陷的不穩定地層、多層溶洞發育起來的灰巖含水層，并在這個過程中還需要克服鉆孔偏斜。基于以上的要求，在施工的時候需要設計出多層工作套，借助多層工作套封閉灰巖含水層和塌陷地層，并采取有效的措施預防孔斜。在施工期間，大直徑救生鉆孔施工技術方案的實施要能夠滿足大直徑救生孔特殊工藝、技術的使用要求，在實施操作的時候不能夠使用水泥砂漿來完成鉆進操作，目的是不對井下礦工帶來二次傷害。

（二）施工裝備

在施工過程中所使用到的裝備包含德國RB-T90大孔徑救生鉆機和美國雪姆T200XD大孔徑救生鉆機，美國壽力雙工況900XHH/1150XH空壓機，美國阿特拉斯增壓機，中國219mm雙壁鉆桿。

（三）施工人員管理

為了能夠確保大直徑救生孔順利施工，在施工現場需要打造出一個專業的大直徑鉆孔救援團隊，安排一線員工來參與施工，每個班組至少需要配備一名高級工程師，一名地質水文工程師和正班長、副班長。在人員到位之后成立專門的現場技術專家小組，小組成員由地質、水文、鉆探、機械制造等專家構成，在小組成員的密切配合下能夠隨時隨地的處理鉆孔施工中的技術問題。除了必要的技術團隊，在施工現場還需要成立專門的后勤保障小組，由后勤保障小組負責各個材料的供應管理，并為作業人員提供必要的后勤保障支持。【2】

三、礦山事故救援鉆孔技術

（一）解決松散層問題的技術方法

在文章所研究的礦山事故搶險救援工作中，救援現場的地表擁有5m左右的黃土泥砂層和3m左右的基巖分化層。一開施工的時候，受上部地層松散的影響，礦產開采不順利就很容易誘發一系列的塌陷問題，加劇了泥漿鉆井的滲漏，成孔操作困難。針對地層的不穩定，對地層地質條件下的鉆孔設計做出了變更。一方面，加大開孔直徑，開孔直徑需要保持在1250mm左右，深度不低于8m，安裝直徑1200mm護壁管，進而保證終孔口徑。另一方面，開孔首次使用旋挖鉆機，有效保障松散層大孔徑的成孔率和施工效率，為后續的施工贏得時間。

（二）空氣反循環鉆進技術

空氣反循環鉆進技術在實施的時候會以空氣作為重要的循環介質，借助雙壁鉆桿環狀間隙來將高壓空氣輸送到孔底，同時驅動孔底的鉆頭去沖擊碎巖。在操作中所使用的壓縮空氣既可以作為洗井的循環介質，也可以作為破巖動力來源，其利用驅動孔底鉆頭氣體來攜帶巖石細屑，在經過雙壁鉆桿的管路之后會重新返回到地表，最終完成鉆進。【3】

（三）氣舉反循環鉆進工藝

在空氣反循環鉆井工藝的支持下，鉆井的速度得到提升，每小時鉆井達到了4m。但是受地層不穩定的影響，在鉆孔鉆進達到174m的時候，礦井會出現大面積的塌陷，在鉆孔160m 的位置上會出現縫隙的坍塌。對于這個問題可以選擇使用氣舉反循環工藝技術來予以處理。從實際應用操作上來看，氣舉反循環技術會將壓縮空氣沿著輸氣管線進入到具備一定深度的鉆孔中，經過混合器之后會進入到排渣管的內部和循環液混合在一起。井筒和管內會出現壓力差，在井筒液體壓力大作用下管內的混合氣體、液體會以較快的速度向上流動，這個時候會將孔底內部的巖屑帶出地表，經過沉淀后為井筒內外部液體的壓差維護提供支持。

結束語

綜上所述，在大直徑救生鉆孔施工操作中，711mm潛孔錘鉆進技術、空氣反循環技術是成孔的關鍵技術形式。在施工中采用分級分套的管護壁是確保大直徑救生鉆孔施工過程中坍塌、封閉灰巖水的重要技術保障。在具體實施操作的時候通過擴大鉆孔裸徑，并在工作套四周使用高標號、高密度的水泥砂漿，能夠達到強化固管的和增加工作套管厚度的作用，最終會有效提升工作管遭受坍塌移動時地層的擠壓變形能力。

參考文獻

[1] 郝世俊， 莫海濤. 地面大直徑應急救援鉆孔成孔工藝設計與分析[J]. 煤田地質與勘探， 2021， 49（1）：8.

[2] 劉慶修. 大直徑深孔載人救援提升裝備關鍵技術研究[D]. 煤炭科學研究總院.

作者簡介：張曉華（1988—08）男、漢族、河北省、張家口市、北京大地高科地質勘查有限公司、工程師、鉆探工程/礦山事故鉆孔救援。