趙集煤礦主井井筒檢查孔施工技術

陳敏虹，胥 翔

(1.安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽宿州234000;2.安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000)

趙集煤礦位于安徽省蒙城縣境內東北約20 km。施工井檢孔的目的是在原地質資料的基礎上為進一步驗證該實井筒位置的工程地質和水文地質條件，為建井工程和施工提供更加可靠的技術資料。由于井檢孔施工工序多，對質量要求高，因此施工難度大。

1 主井井筒檢查孔設計要求

該孔設計鉆孔先后穿過330 m厚的新地層、373 m厚的紅層和357 m的二疊系基巖地層，終孔深度1 060 m。

1.1 技術要求

(1)全孔取芯，獲取井筒位置的地質、水文地質剖面。

(2)采取巖、煤心及土、水、巖石樣;測定巖石的物理力學性質和砂、粘土層的凍結力學性能。

(3)全孔測井，查明含、隔水層數量、深度、厚度和基巖風化帶厚度、巖性特征及含水性及裂隙發育程度，

(4)分別進行紅層段和煤系基巖段二段抽水試驗，取得試驗段的水位、涌水量、滲透系數、水質和水溫資料。

1.2 質量要求

(1)采取率:第三、四系粘土、砂質粘土和基巖≥75%，巖芯直徑≮80 mm;砂、礫石層和斷層破碎帶≥60%;煤層≥80%。

(2)孔斜:鉆孔偏斜率≯1.0%。

(3)測井:達到《煤炭地質勘查鉆孔質量標準》MT/T1042—2007中鉆孔測井質量標準。

(4)抽水試驗:紅層段含水層混合抽水孔徑≮150 mm，二疊系基巖段含水層混合抽水孔徑≮110 mm。若q≥0.01 l/s時，觀測水位降深要進行三次，穩定時間≮8 h;若q＞0.01l/s時，要進行一次水位最大降深抽水，抽水時間＞36 h。

(4)封孔:全孔用水泥砂漿進行封閉。

2 施工技術難點

(1)全孔取心，采取率要求高，粘土層要取不擾動樣。第三、四系砂土層、基巖風化帶松散怕沖刷，對取心器具及操作技術方法要求高。

(2)鉆孔偏斜度要求高，因孔斜大時一是將增加孔內事故的發生，二是影響孔內套管和抽水設備的安裝，三是偏離井筒中心遠，失去施工的指導意義。

(3)單孔抽水二次，為取得各層的水文地質資料，需下套管進行止水隔離。因此起下套管作業工作量大，易發生套管事故。

(4)因下套管抽水，所以孔徑比地質孔孔徑大，鉆孔施工周期長因此對鉆孔護壁技術要求高，要求泥漿的選擇即要考濾護壁，又要防止阻塞含水層。

3 施工技術措施

本孔設計孔深1 060 m。一開用Ф110 mm鉆進到330 m，二開用Ф91 mm鉆進到1 060 m。經測井確定各巖層層位后，采用逐級擴孔成孔工藝，下入護壁管、技術管與花管。

3.1 孔身結構與設備選擇

(1)孔身結構:0～150 m為 Ф250 mm孔徑，150～357 m為Ф170 mm孔徑，357～725m為Ф130 mm孔徑，725～1 060 m為Ф110 mm孔徑。

(2)設備選擇:TXJ－1 600鉆機，NBB－260/7泥漿泵，22.5m四角鉆塔，6 135系列柴油機，TYPE 100QJ10－120潛水泵，另配 Ф50 mm鉆桿、Ф68 mm鉆鋌、Ф89 mm巖芯管和MQ89雙管單動取心器與測斜儀等。

3.2 施工工藝

3.2.1 取心

為保證采取率選擇合適的取芯工具和鉆進參數是關鍵。

(1)土層、完整巖石用單管巖芯管鉆進，回次終了前采用丟球、下卡料卡取。

(2)砂、礫石層、基巖風化帶、煤層用雙管單動取芯管，鉆進回次終了干鉆0.1～0.2 m卡取，并控制鉆進參數和回次進尺。

(3)鉆進參數為:壓力6～10 KN，轉速75～150 r/min，泵量100～200 L/min。

(4)控制回次進尺長度和時間。通常回次進尺長度≯2 m。

3.2.2 孔斜控制

控制孔斜應從設備安裝、開孔鉆進、鉆具選擇和中途測斜入手，作到預防為主。

1)設備安裝

鉆場地基應平坦、夯實，底層基臺木應下臥1/3，并增加基臺木根數來增大鉆塔的承載面積。鉆機安裝要水平、周正、牢固，使天輪中心、游動滑車和孔口中心在一垂直線上。

2)開孔鉆進

開孔使用的粗徑鉆具要直，鉆鋌重量為所需鉆壓的150%，輕壓、慢轉。在粗徑鉆具上端適當位置加扶正器，以增強鉆具回轉時的穩定性。鉆桿、鉆鋌、巖芯管要直，鉆具連接后其軸線要同心。

3)鉆具組合

因本孔要進行二次抽水，鉆機結構復雜，換徑次數多，鉆孔極易發生孔斜增大。因此，換徑時要先用導向鉆具鉆進2～3 m，使下部粗徑鉆具形成滿眼鉆進。

鉆進鉆具組合:鉆頭+巖芯管+扶正器+鉆鋌(1單根)+扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

換徑鉆具組合:鉆頭+小徑取芯管+大徑扶正器+鉆鋌(1單根)+大徑扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

4)中途測斜與糾斜

現場配備測斜儀器，每鉆進20 m測斜一次，見基巖、穿過基巖風化、破碎帶、厚煤層和換徑后應增加測點，發現孔斜及時采取措施。當孔斜頂角小，沒有超限時，可采用降斜鉆具鉆進，并控制鉆壓和鉆速。當孔斜項角明顯增大或超限時，可采用糾斜鉆具鉆進。

降斜鉆具組合:鉆頭+短巖芯管+鉆鋌(2單根)+扶正器+鉆鋌(1單根)+扶正器+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

糾斜鉆具組合:鉆頭+螺桿+彎接頭+鉆鋌(5立根)+鉆桿+立軸。

3.2.3 泥漿護壁

(1)新地層使用泥漿配方:膨潤土粉5%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.5%，PHP0.1%，泥漿性能:粘度 18 ～23S，比重 1.05% ～1.1%，失水量 ＜15 ml/30min，pH 值 8 ～9。

(2)基巖地層泥漿配方:膨潤土粉3%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.4% ～ 0.6%，PHP0.1%，Hkm2%，泥漿性能:粘度18 ～23S，比重 1.03% ～1.09%，失水量 ＜15mL/30 min，含砂量＜4%，pH值8～9。

(3)抽水層位鉆進時泥漿性能::粘度 ＜18S，比重 ＜1.06%，失水量 ＜15 ml/30min，含砂量 ＜4%，pH 值 8～9。

3.3 擴孔下套管與抽水作業

鉆孔終孔經測井確定巖層層位、厚度、深度后，及可進行逐級擴孔下套管與抽水作業。本孔采用自上而下分別對紅層段抽水和基巖段混合抽水。

3.3.1 抽紅層段水

(1)鉆孔終孔后，先按設計的鉆孔結構擴孔到725 m。下入Ф168 mm套管(150 m)+變徑+Ф127 mm套管(207 m)+Ф127 mm過濾管(368 m)+止水托盤到725 m處。

(2)止水:在357 m新地層底界面處，采用套管外纏海帶，海帶應先編制成三股扁條，纏綁后長度≮0.8 m與粘泥一起聯合方式進行止水;紅層底界面725 m處采用止水托盤與粘泥球止水。同時將下部孔段用粘泥球封閉，封閉長度≮10 m。

3.3.2 抽基巖段混合水

(1)在抽完上部紅層段水后，下鉆具將將下部鉆孔透開，然后按要求進行擴孔后下入Ф127 mm套管(145 m)+變徑+Ф89 mm套管(580 m)+止水托盤 +Ф89 mm過濾管(335 m)至孔底1 060 m。

(2)止水:在725 m紅層底界面處，采用止水托盤、粘泥球及海帶進行止水。

3.3.3 套管下入注意事項

(1)下套管前應進行順孔，順孔套管長度在20 m左右。

(2)地面對套管進行檢查、丈量，彎曲和絲扣不合格的禁止使用。

(3)下套管時管與管之間連接要快，絲扣處應涂抹鉛油，注意檢查套管的連接質量。

(4)配好套管，過濾管長度，確保套管準確下入到止水部位。并將下管情況及時記錄在班報上。

(5)下套管過程中卡瓦要上緊，下放套管時要穩，防止跑管。

3.4 洗孔與抽水試驗

本孔采用自上而下分二次進行抽水，每次抽水前應進行洗孔作業。

(1)洗孔:用清水沖射與抽水洗孔相結合的方法。洗至水清砂凈。

(2)抽水試驗:用潛水泵進行抽水試驗，并用流量儀進行流量測井。

3.5 封孔

在完成了抽水任務，并將孔內套管起出后，可對鉆孔進行封閉作業。

(1)根據孔徑及長度分段計算出所需用的封孔材料用量。

(2)按設計要求進行鉆孔封閉作業。

(3)在設計深度下砂漿取樣器進行采取水泥砂漿樣。

4 結語

本孔在合同工期內順利竣工，并通過礦方組織的驗收，工程質量達到合同要求，受到礦方的好評。煤礦井筒檢查孔由于其工作項目多，施工作業時間長，技術求高，施工難度大，因此必須制定周密的作業計劃。特別是設計抽水及套管下入作業程序，嚴防發生套管事故。再者是根據不同地層條件，選擇沖洗液及調整性能指標，在不傷害含水層的前提下，維護孔壁穩定，保證孔內安全。

［1］韓廣德，金寶昌，丁祥發等.中國煤炭工業鉆探工程學［M］.北京:煤炭工業出版社，2000.

［2］耿建國.煤礦井筒檢查孔施工技術［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005，(3).

［3］煤田地質總局.鉆探工藝［M］.北京:煤炭工業出版社，1995。

［4］煤炭地質勘查鉆孔質量標準［S］.MT/T 1042—2007.

［5］煤炭地質鉆探規程［S］.MT/T 1076—2008.