多級(jí)套管深鉆孔快速施工技術(shù)工藝研究

呂繼恒　王登科

摘要：為降低煤礦大巷突水風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)安全開采，根據(jù)《煤礦防治水總體規(guī)劃》要求，必須依據(jù)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件實(shí)施有針對(duì)性的防治水工作，進(jìn)行有針對(duì)性的水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探并逐步構(gòu)建地下水長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)。鑒于目前水文地質(zhì)資料的限制，礦井涌水水源是否與奧灰水有聯(lián)系，應(yīng)進(jìn)一步分析和觀察，需要在二采區(qū)上部建立奧灰水文觀測(cè)孔，以查明礦井水力聯(lián)系情況，保證礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：多級(jí)套管；深鉆孔快速；施工技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.013

1水壓預(yù)計(jì)

設(shè)計(jì)布置鉆孔的位置北回大巷北部東幫，距北回輔二聯(lián)絡(luò)巷交叉點(diǎn)南30m。根據(jù)井底車場(chǎng)和輔一大巷奧灰孔觀測(cè)水壓預(yù)計(jì)此奧灰孔水壓8.0MPa。

2鉆孔施工設(shè)計(jì)

（1）以φ168mm孔徑開孔，鉆進(jìn)至15.5m，下φ168mm第一段止水套管15m，注水泥漿固管，進(jìn)行了耐壓實(shí)驗(yàn)。

（2）以φ146mm鉆進(jìn)64m時(shí)揭露三灰水，水量12m³/h，水溫47℃，繼續(xù)鉆進(jìn)76m進(jìn)入三灰界面以下泥巖中，下φ133mm第二段止水套管76m，注水泥漿固管，進(jìn)行了耐壓實(shí)驗(yàn)。

（3）以φ113mm鉆進(jìn)149m揭露十下石灰水，水量為23 m³/h，水溫52℃。175m至十下石灰?guī)r界面以下細(xì)粒砂巖中，下φ89mm第三段止水套管175m，注水泥漿固管，進(jìn)行了耐壓實(shí)驗(yàn)。

（4）安設(shè)了防噴反壓裝置，以φ73mm鉆進(jìn)223.5m時(shí)進(jìn)入奧灰含水層頂界面，并在249m時(shí)出水，水量4.2m³/h，水壓7.5MPa，水溫52℃，停止鉆進(jìn)。

3關(guān)鍵技術(shù)、特點(diǎn)、技術(shù)的先進(jìn)性

該技術(shù)的成功必能解決穿多含水層高壓高溫大涌水量、粘土層厚容易抱鉆及塌孔、深鉆孔施工問題，進(jìn)一步完善了礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為研究礦井涌水是否有奧灰補(bǔ)給奠定基礎(chǔ)。解決了穿多含水層高壓高溫大涌水量、粘土層厚容易抱鉆及塌孔、深鉆孔施工問題，進(jìn)一步完善了礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為研究礦井涌水是否有奧灰補(bǔ)給奠定基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了多級(jí)套管的快速施工，該鉆孔共設(shè)計(jì)三級(jí)套管，下168mm第一段止水套管15m，下φ133mm第二段止水套管76m，下φ89mm第三段止水套管175m，工藝復(fù)雜工序繁瑣，通過施工導(dǎo)正鉆機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉆孔的快速施工。解決了探放高壓含水層的防噴反壓裝置，自行設(shè)計(jì)并制造了鉆孔的防噴反壓裝置，在具有煤與瓦斯突出和突水危險(xiǎn)的地點(diǎn)施工進(jìn)行鉆探施工，必須使用鉆機(jī)。本裝置具有反壓裝置而無防噴裝置時(shí)，防噴裝置要自制安裝。自制的防噴裝置由厚壁無縫鋼管、厚圓形鋼板和法蘭盤焊接組成，焊接質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。管徑根據(jù)孔口管管徑大小確定，長(zhǎng)度為300-500mm，在鋼管的中部割開圓孔，再焊接一根長(zhǎng)100-200mm的鋼管作為卸壓管。安裝防噴裝置時(shí)，卸壓管朝下，背對(duì)法蘭盤先將鉆桿從圓孔插入剛管，從法蘭盤一側(cè)在鉆桿上擰接鉆頭，然后推進(jìn)鉆桿和防噴裝置到孔口管閥門位置，防噴裝置與閥門用螺栓連接牢固后即可開鉆。拆卸防噴裝置時(shí)，按照安裝的反過程即可。防噴裝置存在時(shí)，孔內(nèi)噴出的高壓水或巖粉巖塊，經(jīng)過防噴裝置下部的卸壓管釋放，而不直沖鉆機(jī)和人員，起到保護(hù)鉆機(jī)和人員的安全作用。保證了揭露高壓含水層時(shí)的施工安全。必能實(shí)現(xiàn)多級(jí)套管的快速施工，該鉆孔共設(shè)計(jì)三級(jí)套管，下φ168mm第一段止水套管15m，下φ133mm第二段止水套管76m，下φ89mm第三段止水套管175m，工藝復(fù)雜工序繁瑣，通過施工導(dǎo)正鉆機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉆孔的快速施工。

4經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩方面

（1）采用無芯導(dǎo)正鉆進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)下套管一次完成，大大簡(jiǎn)化了施工工序，提高了勞動(dòng)效率，節(jié)約了人工成本300余人工。

（2）自行設(shè)計(jì)制造防噴反壓裝置，保證了施工過程中的人員安全，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（3）施工過程中通過高壓注漿堵漏工藝對(duì)三灰及十下灰含水層進(jìn)行了注漿封堵，防止了含水層間產(chǎn)生水力聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了安全施工。

（4）通過該奧灰觀測(cè)孔，建立安裝已安裝水壓監(jiān)測(cè)分站，完善了礦井水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)新巨龍公司的防治水工作提供參考依據(jù)，保證礦井的安全生產(chǎn)。

5達(dá)到的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及推廣應(yīng)用前景

（1）達(dá)到的技術(shù)水平。采用無芯導(dǎo)正鉆進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)下套管一次完成，并順利下置175米深孔套管，該工藝在探放水施工尤其是深孔套管施工過程中可加快施工速度，縮短工期，同時(shí)大大減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

自行設(shè)計(jì)制造防噴反壓裝置，設(shè)備使用方便，具有極高的實(shí)用價(jià)值。保障了高應(yīng)力區(qū)、高瓦斯壓力區(qū)域，安全高效鉆進(jìn)施工，杜絕了發(fā)生瓦斯超限，實(shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)噴出瓦斯、媒體可控，做到了鉆機(jī)安全、持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，縮短了鉆進(jìn)工期，保障了井下工作人員的生命安全和身體健康，實(shí)現(xiàn)了安全高效快速施工。在鉆孔出現(xiàn)大流量、高壓力出水時(shí)可有效保證施工人員安全，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（2）經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。該項(xiàng)目的研究實(shí)施成功，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜工藝鉆孔的快速安全施工工藝，有效的防止了各類鉆孔事故的發(fā)生。防噴反壓裝置，在鉆孔出現(xiàn)大流量、高壓力出水時(shí)有效保證施工人員安全，為復(fù)雜探放水鉆孔的施工提供了先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提升了華坤品牌，為礦井防治水工作提供了強(qiáng)有力的安全保障。

（3）推廣應(yīng)用前景。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為井下多套管、復(fù)雜探放水鉆孔提供良好的借鑒模式，可有效地保障礦井防治水工作安全，具有極大的安全效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步推廣和實(shí)施。必能解決探放高壓含水層的防噴反壓裝置，自行設(shè)計(jì)并制造了鉆孔的防噴反壓裝置，保證了揭露高壓含水層時(shí)的施工安全。