淺談穿破碎帶、堅硬巖石探夾片斷層水鉆進技術

孟永波

摘要： 水害作為礦井的“五大災害”之一，隨著礦井向深部的延伸、開采，在施工過程由于受礦井地壓、水壓的增大以及地質構造的影響，探測夾片斷層高承壓水施工時，止水套管的下置、封孔注漿工藝、鉆具組配、孔口裝置的安設也必須進行改進以增強抗水壓能力，作者通過實踐摸索出一套在特殊地層條件下穿巖石破碎帶、石英砂巖探測高承壓水鉆孔施工技術。

關鍵詞：破碎帶；堅硬巖石鉆進；封孔注漿；鉆具組配。

由于鉆孔注漿固管段粗砂巖較破碎，石英砂巖段堅固性系數高，對固管效果的耐壓試驗過程中易出現巷道迎頭山墻、鉆場幫部滲漿現象。為解決探夾片斷層水過程中順利鉆過破碎帶、堅硬石英砂巖段的難題，采取注漿加固破碎帶、液動潛孔錘鉆進穿過堅硬的石英砂巖等施工技術。此項技術在實際施工中得到了很好的應用。

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造部位，夾片地層受推覆構造運動的的強烈擠壓和推移，特別是構造面附近，巖性多破碎，力學強度較低，工程地質條件較差。施工地點位于-415～-680m回風二下山巖性以砂質泥巖、粗砂巖、石英砂巖為主，開孔段巖石較破碎、石英砂巖段巖石較堅硬，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一定難度。

二、鉆孔布置及主要技術參數

鉆孔布置在-415～680回風二下山，布置5個探F夾、F夾-1斷層水鉆孔，其中3個仰角鉆孔（1#、2#、3#）、2個俯角鉆孔（4#、5#）。

三、施工情況

（一）設備及鉆具選型

選用ZYW-3000型液壓式鉆機1臺，ZBY50/16-22型高壓注漿泵（0.5-16MPa）一臺，3NBB–54～2600/7～2.5―18.5型煤礦用泥漿泵一臺，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專用地質套管。

（二）鉆孔結構及套管下置

鉆孔結構：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，兩盤的螺絲眼必須嚴格對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孔徑開孔至22m時停鉆，用清水將孔內巖粉沖洗干凈，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（10MPa）。

3.3.2孔口管外口四周與孔壁之間用水泥漿、錨固劑搗實封閉，孔口封閉長度不得小于1.0m，同時在孔口預埋導氣鐵管作為注漿管，導氣鐵管口加設小球閥。待孔口封閉凝固后，從導氣管向孔內注入水灰比為0.5：1水泥漿，注漿至壓力達到3MPa時停注。如孔口周圍及迎頭巖縫溢漿時，則進行間歇式注漿或等注入的水泥漿凝固后，掃孔到底，再進行注漿，如此往復，直至迎頭山墻及孔口管周圍不溢漿為止。施工過程中，首先透孔試壓的2#鉆孔采用此方法向孔內帶壓注漿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。

3.3.3注漿使用標號為P.C32.5級水泥。

3.3.4注漿時，應使導氣鐵管多返一會漿（3-5min），以便使水泥漿液能充填滿整個套管壁間。如孔口周圍漏漿時，應先注濃漿，間歇一段時間，再注稀漿（0.5：1或1：1）。如此往復直至孔口周圍不漏漿為止。

（四）固管承壓試驗

待注入孔內的水泥漿凝固72h后，采用Ф75mm取芯鉆頭鉆過套管0.5-1m，進行固管耐壓試驗。試驗壓力達到7.5MPa并穩定30min以上，以孔口周圍不滲水、孔口管不動為合格，否則需重新注漿加固，直至耐壓試驗合格為止。

（五）施工安全措施

1.鉆機穩固。①施工前由巷道施工單位施工穩固鉆機的地錨。②采用一根緊繩器將鉆機與迎頭山墻牽引錨桿拉緊、拉牢固，以防鉆機晃動。

2.反壓措施。①鉆探施工采用ZYW-3000型液壓鉆機，該鉆機轉速范圍寬、扭矩大，采用液壓卡盤和夾持器夾持鉆孔內鉆桿進行鉆進，能夠起到良好的防噴、反壓效果。②在各鉆孔口兩側分別施工1根Ф22mm×2500mm高強錨桿并連接錨鏈將孔口裝置緊固，防止鉆進過程中遇高壓水時將套管頂出傷人。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，各接頭間加設高壓墊圈且法蘭盤上的螺絲眼必須嚴格對齊并緊固。

4.堅硬巖石快速鉆進技術。鉆孔揭露石英砂巖后采用普通鉆進技術鉆進效率偏低，施工現場供水管路水壓僅為0.5MPa左右為鉆孔順利施工帶來較大困難。針對以上問題調整鉆具組配，對石英砂巖段采用泥漿泵驅動液動潛孔錘配合Ф73mm巖心管和Ф75mm取芯鉆頭鉆進，該處施工5個鉆孔累計穿過石英砂巖段長度達197.9m，將鉆進效率提高數倍，為鉆孔順利施工贏取了寶貴時間。

5.大傾角鉆孔下置套管防竄技術。使用厚不低于10mm的鋼板作為套管夾板（俗稱綁腿）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絲連接到第一根套管上；當孔內套管累計重量增多，要采用兩個套管綁腿交替夾持套管、鉆機輔助的方法下置套管。在西三回風二下山施工期間采用該技術順利、高效地下置套管約120m，未出現一起套管下竄現象。

四、優缺點

（一）優點

對孔壁、破碎裂隙帶進行很好的加固作用；增強了孔口管的抗壓能力；縮短了鉆孔施工工期。

（二）缺點

增加了注漿養護時間；液動潛孔錘對驅動水壓要求高，需增設一部泥漿泵提供高水壓，增加了勞動力。

五、結論

（一）鉆孔施工水文地質情況

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。鉆進過程中未出現涌水現象。

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。鉆進過程中未出現涌水現象。

3#孔，0-22泥巖-61砂巖-61.8煤-102砂巖。鉆進過程中孔內出水2m3/h。

4#孔，0-3.8泥巖-4.3煤-47泥巖-68砂巖-95泥巖。鉆進過程中未出現涌水現象。

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。鉆進過程中未出現涌水現象。

（二）結論

-415～680m西三回風二下山實際施工5個孔，共完成鉆探工程量527.5m，開孔段采用注漿加固破碎帶、堅硬巖石段采用液動潛孔錘取芯鉆進等工藝在國投新集公司新集一礦的應用既提高了工效又縮短了施工工期，同時也達到了安全施工目的，此項技術值得在穿破碎帶、堅硬巖石鉆孔施工時推廣應用。

參考文獻：

[1]黨 進 趙偉民等. 《價值工程》. 2014.endprint