淺談穿破碎帶、堅(jiān)硬巖石探夾片斷層水鉆進(jìn)技術(shù)

孟永波

摘要： 水害作為礦井的“五大災(zāi)害”之一，隨著礦井向深部的延伸、開(kāi)采，在施工過(guò)程由于受礦井地壓、水壓的增大以及地質(zhì)構(gòu)造的影響，探測(cè)夾片斷層高承壓水施工時(shí)，止水套管的下置、封孔注漿工藝、鉆具組配、孔口裝置的安設(shè)也必須進(jìn)行改進(jìn)以增強(qiáng)抗水壓能力，作者通過(guò)實(shí)踐摸索出一套在特殊地層條件下穿巖石破碎帶、石英砂巖探測(cè)高承壓水鉆孔施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：破碎帶；堅(jiān)硬巖石鉆進(jìn)；封孔注漿；鉆具組配。

由于鉆孔注漿固管段粗砂巖較破碎，石英砂巖段堅(jiān)固性系數(shù)高，對(duì)固管效果的耐壓試驗(yàn)過(guò)程中易出現(xiàn)巷道迎頭山墻、鉆場(chǎng)幫部滲漿現(xiàn)象。為解決探夾片斷層水過(guò)程中順利鉆過(guò)破碎帶、堅(jiān)硬石英砂巖段的難題，采取注漿加固破碎帶、液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)穿過(guò)堅(jiān)硬的石英砂巖等施工技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際施工中得到了很好的應(yīng)用。

一、概況

新集一礦井田位于淮南煤田中段南緣阜鳳逆沖推覆構(gòu)造部位，夾片地層受推覆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的的強(qiáng)烈擠壓和推移，特別是構(gòu)造面附近，巖性多破碎，力學(xué)強(qiáng)度較低，工程地質(zhì)條件較差。施工地點(diǎn)位于-415～-680m回風(fēng)二下山巖性以砂質(zhì)泥巖、粗砂巖、石英砂巖為主，開(kāi)孔段巖石較破碎、石英砂巖段巖石較堅(jiān)硬，施工處供水管路水壓偏低，鉆孔施工傾角大等不利因素為鉆孔施工帶來(lái)一定難度。

二、鉆孔布置及主要技術(shù)參數(shù)

鉆孔布置在-415～680回風(fēng)二下山，布置5個(gè)探F夾、F夾-1斷層水鉆孔，其中3個(gè)仰角鉆孔（1#、2#、3#）、2個(gè)俯角鉆孔（4#、5#）。

三、施工情況

（一）設(shè)備及鉆具選型

選用ZYW-3000型液壓式鉆機(jī)1臺(tái)，ZBY50/16-22型高壓注漿泵（0.5-16MPa）一臺(tái)，3NBB–54～2600/7～2.5―18.5型煤礦用泥漿泵一臺(tái)，備用Ф73mm×1000mm寬葉片鉆桿，選用Ф168mm合金取芯鉆頭、Ф146mm合金取芯鉆頭、Ф127mm管卡子取芯鉆頭、Ф108mm管卡子取芯鉆頭、Ф75mm合金取芯鉆頭；巖芯管分別選用Ф168mm×550mm、Ф146mm×550mm、Ф127mm×550mm、Ф108mm×550mm、Ф73mm×1000mm；分別選用Ф127mm×2.2m、Ф108mm×2.2m專(zhuān)用地質(zhì)套管。

（二）鉆孔結(jié)構(gòu)及套管下置

鉆孔結(jié)構(gòu)：0-22m為Ф127mm孔徑， 22m以下至終孔為Ф75mm孔徑。

套管下置：下入一路套管，鉆孔0-22m下入第二路Ф108mm套管，下入孔深22m。套管孔口處均焊接高壓法蘭盤(pán)，兩盤(pán)的螺絲眼必須嚴(yán)格對(duì)接并與匯水泄壓三通、高壓閘閥相連。

（三）穿破碎帶孔口管固管工藝

3.3.1采用Ф127mm孔徑開(kāi)孔至22m時(shí)停鉆，用清水將孔內(nèi)巖粉沖洗干凈，下置Ф108mm套管22m，孔口管外露不少于0.2m并在外口焊接高壓法蘭盤(pán)（10MPa）。

3.3.2孔口管外口四周與孔壁之間用水泥漿、錨固劑搗實(shí)封閉，孔口封閉長(zhǎng)度不得小于1.0m，同時(shí)在孔口預(yù)埋導(dǎo)氣鐵管作為注漿管，導(dǎo)氣鐵管口加設(shè)小球閥。待孔口封閉凝固后，從導(dǎo)氣管向孔內(nèi)注入水灰比為0.5：1水泥漿，注漿至壓力達(dá)到3MPa時(shí)停注。如孔口周?chē)坝^巖縫溢漿時(shí)，則進(jìn)行間歇式注漿或等注入的水泥漿凝固后，掃孔到底，再進(jìn)行注漿，如此往復(fù)，直至迎頭山墻及孔口管周?chē)灰鐫{為止。施工過(guò)程中，首先透孔試壓的2#鉆孔采用此方法向孔內(nèi)帶壓注漿4次，充分加固破碎帶裂隙，為其他各孔的施工奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.3.3注漿使用標(biāo)號(hào)為P.C32.5級(jí)水泥。

3.3.4注漿時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)氣鐵管多返一會(huì)漿（3-5min），以便使水泥漿液能充填滿(mǎn)整個(gè)套管壁間。如孔口周?chē){時(shí)，應(yīng)先注濃漿，間歇一段時(shí)間，再注稀漿（0.5：1或1：1）。如此往復(fù)直至孔口周?chē)宦{為止。

（四）固管承壓試驗(yàn)

待注入孔內(nèi)的水泥漿凝固72h后，采用Ф75mm取芯鉆頭鉆過(guò)套管0.5-1m，進(jìn)行固管耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力達(dá)到7.5MPa并穩(wěn)定30min以上，以孔口周?chē)粷B水、孔口管不動(dòng)為合格，否則需重新注漿加固，直至耐壓試驗(yàn)合格為止。

（五）施工安全措施

1.鉆機(jī)穩(wěn)固。①施工前由巷道施工單位施工穩(wěn)固鉆機(jī)的地錨。②采用一根緊繩器將鉆機(jī)與迎頭山墻牽引錨桿拉緊、拉牢固，以防鉆機(jī)晃動(dòng)。

2.反壓措施。①鉆探施工采用ZYW-3000型液壓鉆機(jī)，該鉆機(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬、扭矩大，采用液壓卡盤(pán)和夾持器夾持鉆孔內(nèi)鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，能夠起到良好的防噴、反壓效果。②在各鉆孔口兩側(cè)分別施工1根Ф22mm×2500mm高強(qiáng)錨桿并連接錨鏈將孔口裝置緊固，防止鉆進(jìn)過(guò)程中遇高壓水時(shí)將套管頂出傷人。③套管外壁均采用Ф6mm鋼筋焊接螺旋狀鋼筋肋箍，用于加固孔口管。

3.控水裝置。套管耐壓試壓合格后，在套管外口依次安裝測(cè)壓直通、高壓閘閥、匯水泄壓三通、瓦斯抽放裝置，各接頭間加設(shè)高壓墊圈且法蘭盤(pán)上的螺絲眼必須嚴(yán)格對(duì)齊并緊固。

4.堅(jiān)硬巖石快速鉆進(jìn)技術(shù)。鉆孔揭露石英砂巖后采用普通鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)效率偏低，施工現(xiàn)場(chǎng)供水管路水壓僅為0.5MPa左右為鉆孔順利施工帶來(lái)較大困難。針對(duì)以上問(wèn)題調(diào)整鉆具組配，對(duì)石英砂巖段采用泥漿泵驅(qū)動(dòng)液動(dòng)潛孔錘配合Ф73mm巖心管和Ф75mm取芯鉆頭鉆進(jìn)，該處施工5個(gè)鉆孔累計(jì)穿過(guò)石英砂巖段長(zhǎng)度達(dá)197.9m，將鉆進(jìn)效率提高數(shù)倍，為鉆孔順利施工贏取了寶貴時(shí)間。

5.大傾角鉆孔下置套管防竄技術(shù)。使用厚不低于10mm的鋼板作為套管夾板（俗稱(chēng)綁腿）交替夾持套管，配合下管。操作程序如下：布置好施工人員下置套管用的腳手架；人工將第一根套管送入孔內(nèi)后，將孔口處的套管綁腿用螺栓夾緊并保證生根牢固；確定套管牢固后，人工將第二根套管滿(mǎn)絲連接到第一根套管上；當(dāng)孔內(nèi)套管累計(jì)重量增多，要采用兩個(gè)套管綁腿交替夾持套管、鉆機(jī)輔助的方法下置套管。在西三回風(fēng)二下山施工期間采用該技術(shù)順利、高效地下置套管約120m，未出現(xiàn)一起套管下竄現(xiàn)象。

四、優(yōu)缺點(diǎn)

（一）優(yōu)點(diǎn)

對(duì)孔壁、破碎裂隙帶進(jìn)行很好的加固作用；增強(qiáng)了孔口管的抗壓能力；縮短了鉆孔施工工期。

（二）缺點(diǎn)

增加了注漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間；液動(dòng)潛孔錘對(duì)驅(qū)動(dòng)水壓要求高，需增設(shè)一部泥漿泵提供高水壓，增加了勞動(dòng)力。

五、結(jié)論

（一）鉆孔施工水文地質(zhì)情況

1#孔，0-30泥巖-57石英砂巖-58.5煤-60泥巖-80石英砂巖-81煤-88泥巖-112泥巖。鉆進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

2#孔，0-28泥巖-51.8砂巖-53.7煤-58.5泥巖-59.5煤-76砂巖-77煤-116泥巖-118砂巖。鉆進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

3#孔，0-22泥巖-61砂巖-61.8煤-102砂巖。鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)出水2m3/h。

4#孔，0-3.8泥巖-4.3煤-47泥巖-68砂巖-95泥巖。鉆進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

5#孔，0-55.6泥巖-57.6粗砂巖-81.6砂巖-83.6泥巖-93.6泥巖-100砂巖。鉆進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

（二）結(jié)論

-415～680m西三回風(fēng)二下山實(shí)際施工5個(gè)孔，共完成鉆探工程量527.5m，開(kāi)孔段采用注漿加固破碎帶、堅(jiān)硬巖石段采用液動(dòng)潛孔錘取芯鉆進(jìn)等工藝在國(guó)投新集公司新集一礦的應(yīng)用既提高了工效又縮短了施工工期，同時(shí)也達(dá)到了安全施工目的，此項(xiàng)技術(shù)值得在穿破碎帶、堅(jiān)硬巖石鉆孔施工時(shí)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黨 進(jìn) 趙偉民等. 《價(jià)值工程》. 2014.endprint