大口徑鉆孔鉆進技術研究

王樹營（新汶礦業(yè)集團地質勘探有限責任公司，山東 新泰 271222）

大口徑鉆孔鉆進技術研究

王樹營
（新汶礦業(yè)集團地質勘探有限責任公司，山東 新泰 271222）

針對礦井排水或輸料使用的大口徑鉆孔施工中孔斜要求高、口徑大、易漏水等特點，簡述該類鉆孔在鉆進中的幾個關鍵點及技術措施。

找正；鉆進參數(shù)；調漿；高壓注漿；替漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.263

0　引言

在礦井基建或生產(chǎn)中，為緩解輸料壓力或提高井下水的排放能力，常需在巷道上方施工垂直地面直達巷道的鉆孔。該類鉆孔一般深度較淺，孔深在500m以內，孔徑較大在φ450mm～660mm之間，下入技術套管管徑為φ325mm～426mm，常見的有輸料孔和排水孔兩種。鄂托克前旗長城五礦作為基建礦井，井下排水能力脆弱，為滿足接下來生產(chǎn)的需要在風井附近施工2個排水孔，作為井下水的主要排放通道。鉆孔設計深度均為283.5m，孔徑為φ450mm，并下入φ325*10mm排水套管，偏斜率要求不大于0.5%。介紹順利施工這兩個孔的方法，為該類鉆孔的施工提供參考。

1　施工條件概況

立排鉆孔自東向西分別命名為立排1#、立排2#，孔間距為8.0m，穿過的主要地層有第四系砂土層30.0m，新近系粘土層150.0m、砂礫層20.0m，太原組、土坡組基巖83.5m。

施工鉆孔以東已開拓回風石門，其底板標高為933m，巷道垂深為279～283.0m。其中1#孔與巷道水平距離約5.8m；2#孔約為15m，巷道掘進揭露附近巖石時裂隙比較發(fā)育、局部涌水較大，說明孔底巖石本身就具有一定的裂隙發(fā)育程度和透水性，故施工至孔底附近漏水可能性很大，應做好堵漏的準備。

2　設備安裝及水平找正

孔斜要求高的原因施工前的設備安裝顯得彌足重要，整個安裝過程分為穩(wěn)底盤起架子、鉆機磨盤設備安裝、穿鋼絲繩及高壓管。前兩步的安裝過程應確保天輪與孔位、磨盤中心與孔位對正。除此之外還應依次采取以下措施來防斜：

（1）塑料細管對整個底盤找平。在長約10.0m的塑料細管中注入清水，其中一頭以底盤一個角為中心，依次對正另外的三個角。利用連通器及水位壓差原理，水位高度相同時，細管中的水會穩(wěn)定下來，固定的一頭標住底盤的上界面，另外一頭水位線高于底盤的另一個角底界面則說明該角處較低。測出幾個角的高低，通過墊厚木板的方法，對較低角進行墊高，直到四個角在同一個水平面上。

（2）用水平尺對磨盤口找平。磨盤安裝后使用水平尺對磨盤口的東西、南北方向分別找平，并通過對磨盤幾個角的局部墊高來確保磨盤水平。

（3）提引器與磨盤中心對正。穿完鋼絲繩接上提引器后，將提引器掂至磨盤上方來對正磨盤中心，如若有偏差可適當調一下架子腿的相對高度。

（4）拉起立軸后，放入磨盤中，用水平尺縱向量一下立軸是否鉛垂進入磨盤，通過調節(jié)與高壓管的相對位置來確保立軸鉛垂。

3　小徑鉆進與擴孔

施工方案采用先小口徑成孔，再一次擴孔到位，鉆具的配備和鉆進參數(shù)是防斜的關鍵，兩個孔同時施工共用一臺TBW-1200/7B泥漿泵鉆進，平分泵量，故泵量約為600 L/min。

表1　鉆進參數(shù)表

3.1小徑鉆進

3.1.1鉆具配備

φ190mm/215.9mm牙 輪 鉆 頭+φ178mm加 重 管+φ127mm鉆桿+φ89mm鉆桿+立軸。開孔后，φ178mm加重管長度為25.0m，φ127mm鉆桿僅有1根，長10.0m左右，作為加重管與φ89mm鉆桿之間的緩沖，加重鉆具長為35.0m，保證鉆具鉛垂鉆進。

3.1.2鉆進參數(shù)

（1）第四系砂土層、新近系粘土層的鉆進采用慢速、低壓、大泵量。（2）新近系底礫巖的鉆進采用鉆速為慢速、中壓、大泵量。（3）太原組、土坡組基巖鉆進采用慢速、高壓、大泵量。

3.2擴孔

3.2.1擴孔鉆具配備

φ450mm階梯式五翼復合片擴孔鉆頭/牙輪鉆頭+φ178mm加重管+φ127mm鉆桿+φ89mm鉆桿+立軸。其中上部第四系砂土層、新近系粘土層采用階梯式復合片擴孔鉆頭，而新近系礫石層、太原組土坡組基巖則采用牙輪鉆頭。

3.2.2擴孔鉆進參數(shù)

（1）第四系砂土層、新近系粘土層的鉆進采用中速、中壓，大泵量。（2）新近系底礫巖的鉆進采用慢速、低壓、大泵量。太原組土坡組基巖鉆進采用快速，高壓、大泵量。其中立排2#在保證孔斜的前提下，僅用48小時6個臺班，實現(xiàn)了新近系粘土層自φ215.9mm至φ450mm擴孔進尺150.0m。

4　沖洗液的使用及堵漏

4.1化學泥漿的配置（見表2）

表2　泥漿材料及配比表

在鉆進過程中使用聚丙烯酰胺不分散低固相泥漿作為沖洗液，其主要由基本材料和泥漿處理劑兩部分組成，泥漿處理劑又分為有機處理劑和無機處理劑。

同時還應隨著沖洗液性能指數(shù)的變化，根據(jù)各處理劑的作用不斷的進行調漿，確保沖洗液始終保持對鉆進最有利的狀態(tài)。

4.2堵漏

遇鉆孔沖洗液全泵量漏失應先分析造成漏水的原因，若僅為砂巖裂隙漏水，則可直接用水泥漿封閉堵漏；若進入巷道松動圈，往往會出現(xiàn)泥漿順震動裂隙進入巷道，而注入的灰漿則多數(shù)凝固在孔內，此時應采取高壓注漿的辦法具體措施如下：在漏水位置以上1m左右，下鉆注入水泥漿，在水泥凝固后形成一個3m厚的注漿墊。換用Φ63.5mm鉆鋌帶Φ89mm無芯鉆頭投孔，用清水漏水鉆進，打透止?jié){墊、并鉆進至終孔深度。利用水泥注漿墊作為支撐，在Φ89mm的鉆孔內下入Φ50mm鉆桿；為確保安全，保持鉆桿底部距離孔底3-5m。在注漿墊頂面位置的鉆桿周圍焊接Φ120mm的止?jié){盤和橡膠止?jié){塞，從鉆桿內壓入速凝水泥漿確保水泥漿進入裂隙；待水泥初凝后提出鉆桿，進一步侯凝。也可不用止?jié){盤和橡膠止?jié){塞，從鉆桿內壓入灰漿后，提出鉆桿，并在表層套管上焊蓋加注漿閥，直接從孔口注清水，終壓要求不超過2Mpa，從而把底部灰漿壓入裂隙，關閉直通，侯凝，但該法要求表層套管的壁后注漿效果很好。

5　壁后注漿及替漿

下入排水管后要立刻壁后注漿進行固管，注漿前應先注入清水進行沖孔，將泥漿與灰漿隔離，注完漿后再用清水進行替漿，防止形成過多的泥漿、灰漿混合液而影響注漿效果以及在排水管中殘留過多的灰漿而最終影響排水。

（1）水泥用量的計算

其中：V—孔壁與套管間的空隙體積（m3） D—鉆孔孔徑（m）

h—段距（m） 1.2—超徑系數(shù) M干水泥—干水泥的質量（t），Φ外—排水套管外徑

需要說明的是1.2倍的超徑系數(shù)僅在裸孔段使用，通過實驗證明超徑系數(shù)1.2求得的水泥用量比較接近實際用量，同時適用于基巖或松軟層，僅在全孔為堅硬且裂隙不發(fā)育的基巖中該值偏大。1.08 t/ m3為實驗所得配置1 m3水灰比為0.6：1的灰漿需加入干水泥的質量。

（2）替漿量的計算公式為

Q替=Kq（L-l）+Q地

q—鉆桿每米容積（L/m）；L—孔深，m；l—鉆桿與孔底的距離，m。K—壓水系數(shù)，300m以內取K=0.9，孔深300m以上取K=0.95 Q地—地面管線及水泵容積，大口徑取60～65L，小口徑55～60L。

6　結論

本工程通過準確分析地層、優(yōu)化鉆具組合及鉆進參數(shù)、設備安裝全面找正有效的控制了孔斜，兩孔最終孔斜率為0.31%和0.32%。聚丙烯酰胺不分散低固相化學泥漿的使用及合理的調漿，有效的進行護壁和巖粉攜帶，并采取合理的措施對漏水進行了有效的治理。亦存在不足，鉆孔間距雖小，但應避免使用同一臺泥漿泵，建議使用規(guī)格不低于TBW-850/7的泥漿泵2臺。

［1］王扶志，張志強，宋小軍.地質工程鉆探工藝與技術［M］.長沙市：中南大學出版社，2008.

王樹營（1987-），男，山東新泰人，助理工程師，主要從事野外地質技術工作。