在凍結(jié)造孔工程中防斜、糾斜之探索

葛士友

摘要：幾年來，我隊的凍結(jié)造孔工程相繼施工了淮南顧橋礦、朱集礦，山東鄆城礦、梁山楊營礦、梁寶寺一號井、二號井，河南許昌泉店礦、趙固二礦、新河礦等，后來又移師山西、內(nèi)蒙等地。凍結(jié)造孔工程，我在防斜、糾斜方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。礦井建設(shè)通常采用立井開拓方式，其新生界沖積層一般采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)法施工的第一步就是凍結(jié)造孔，凍結(jié)鉆孔深度根據(jù)沖積層和風(fēng)化帶厚度決定。為滿足凍結(jié)設(shè)計交圈要求，因此，在施工中要嚴(yán)格控制鉆孔偏斜，則需做好鉆孔的防斜與糾斜工作。

關(guān)鍵詞：礦井施工;凍結(jié)造孔;鉆孔防斜 ;鉆孔糾斜

一、鉆孔防斜：

1.確保設(shè)備的安裝質(zhì)量，移至孔位后對鉆機(jī)認(rèn)真找正，安裝穩(wěn)固、周正，使轉(zhuǎn)盤中心、鉆孔中心和游動滑車提升中心“三點(diǎn)一線”，確保開孔垂直度把好開孔關(guān);

2.開孔使用的粗徑鉆具要直，正確選擇鉆具組合，增強(qiáng)鉆具的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性，減小孔壁間隙，減小下部鉆具彎曲。

3.不得使用彎曲、變形的鉆具，鉆具連接后同心度要好。粗徑鉆具應(yīng)有足夠的長度。

4.鉆進(jìn)中要精心操作，根據(jù)進(jìn)尺速度和鉆孔柱狀圖準(zhǔn)確判層，換層鉆進(jìn)時要合理使用壓力，軟變硬時，降低鉆壓，待鉆進(jìn)0.5m后再恢復(fù)到該地層應(yīng)使用的正常壓力;當(dāng)硬變軟時，適當(dāng)減小壓力，降低轉(zhuǎn)速。

鉆進(jìn)時給壓均勻，并根據(jù)地層情況合理掌握鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量。砂層中轉(zhuǎn)速快給進(jìn)，粘土層中轉(zhuǎn)速慢給進(jìn)，防止快進(jìn)時泥包鉆頭;基巖應(yīng)高鉆壓低轉(zhuǎn)速。控制孔底鉆壓為鉆鋌在孔內(nèi)總重量的75—80%，采用懸吊鉆進(jìn)。

下鉆接近孔底時，要慢放，嚴(yán)禁墩鉆，用新鉆頭時應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)30分鐘后，再逐步加大鉆壓正常鉆進(jìn)。

二、鉆孔糾斜：

鉆孔偏斜必須遵循“以防為主，糾偏為輔”的方針，加強(qiáng)施工人員的責(zé)任心，并嚴(yán)格按有關(guān)技術(shù)要求施工，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督的力度，杜絕蠻干行為。施工時，工程技術(shù)人員應(yīng)充分研究易偏地層，分析易偏原因，找到適合該地區(qū)施工的防偏方法和糾偏措施，及時指導(dǎo)施工人員防偏糾偏。

（一）傳統(tǒng)方法“墊、移、掃、擴(kuò)”

1.掃孔糾偏法：

一般在粘土層中發(fā)生孔偏，可利用原有鉆具，更換三翼鉆頭或多翼鉆頭進(jìn)行掃孔糾偏。這種方法是從噴嘴出來的泥漿直接沖刷翼層外刃與孔壁接觸的地方，可使鉆頭的翼片，特別是底外刃不產(chǎn)生泥包現(xiàn)象，始終保持鋒利狀態(tài)，便于和孔壁接觸掃出新的臺階把孔糾直。

2.擴(kuò)孔糾偏法：

使用原有鉆具，換用比原來鉆頭大的鉆頭擴(kuò)大孔經(jīng)，鉆至原深度時更換原鉆頭，開鉆前應(yīng)將鉆具吊離孔底約1m左右，然后慢速給進(jìn)開出一個新孔，當(dāng)鉆進(jìn)2m，鉆孔已修直后，再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

3.墊、移鉆塔法：

出現(xiàn)孔斜時，采用墊架子、移架子是一種行之有效的方法。發(fā)現(xiàn)孔斜時，應(yīng)先采用墊架子方法，如行不通時，應(yīng)采用移架子法。推架子時應(yīng)不起鉆具，把架子朝孔斜方位上的方向移，要做到快速、穩(wěn)妥。實際原理就是利用上部孔段較直，控制底部孔斜。但必須保證孔口孔位不超規(guī)定。

（二）采用井下動力鉆具（螺桿）作定向糾偏。螺桿鉆糾偏是凍結(jié)造孔中最為有效的糾偏方法

1.螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)及工作原理

①螺桿鉆具的工作原理

螺桿鉆具是一種將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動的機(jī)械能的容積式井下動力鉆具。螺桿鉆具接在鉆頭的上面，高壓泥漿流經(jīng)螺桿鉆具的馬達(dá)時，產(chǎn)生扭矩，驅(qū)動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動下面的鉆頭工作向鉆孔偏斜的反方向造斜，來達(dá)到糾偏目的。

②螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)及其作用

螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達(dá)、萬向軸、傳動軸四部分組成。

旁通閥設(shè)置在馬達(dá)的上部，由閥體、閥芯、閥座、彈簧和濾套組成。它的作用是起下鉆時連通鉆柱內(nèi)外空間，以保持內(nèi)外壓力平衡。馬達(dá)是螺桿鉆具的動力結(jié)構(gòu)，在泥漿的作用下，轉(zhuǎn)子在定子中作偏心轉(zhuǎn)動，把泥漿的壓力能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。萬向軸的作用是將馬達(dá)傳出的偏心轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為定軸轉(zhuǎn)動。傳動軸的作用是將萬向軸傳來的運(yùn)動傳給下面的鉆頭。

螺桿鉆糾偏的成敗與地層、陀螺儀提供的數(shù)據(jù)參數(shù)、定向設(shè)計安裝角和糾偏鉆進(jìn)設(shè)計段長以及糾偏后的鉆進(jìn)參數(shù)有關(guān)。其中：定向的精度直接決定著糾偏的成敗;糾偏鉆進(jìn)時彎接頭的度數(shù)以及鉆進(jìn)的段長，直接影響著糾偏的效果;糾偏后的鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)也會對糾偏效果產(chǎn)生較大的影響。為取得較為理想的糾偏效果，應(yīng)做好以下工作：

a.定向前應(yīng)對鉆孔進(jìn)行精確測斜，以便精確定向

b.認(rèn)真分析鉆孔的偏斜情況，做出正確的定向方案。

c.選擇合適的彎度的螺桿鉆具，以往工程配備1.00、1.250、1.50等多種彎度的螺桿鉆具供糾偏時選擇。近年來，我單位凍結(jié)造孔施工中廣泛使用5LZ120D型螺桿鉆具。

d.采用陀螺定向儀定向時，工程技術(shù)人員在操作過程中要細(xì)心，把人為誤差減小到最低限度。

e.糾偏鉆進(jìn)。鉆壓一般取8000～12000N;鉆進(jìn)段長一般為4～7m，具體據(jù)鉆孔的偏斜情況及螺桿彎接頭的度數(shù)而定。

f.糾偏后要及時進(jìn)行測斜，根據(jù)測斜情況決定其鉆具組合與鉆進(jìn)參數(shù)。當(dāng)糾偏后的方位正確，頂角較小時，則用短鉆鋌加壓鉆進(jìn)（鉆壓一般取12000～16000N）;當(dāng)糾偏后的方位正確，頂角較大時，則用長鉆鋌輕壓鉆進(jìn)（鉆壓一般取4000～6000N）;當(dāng)糾偏后的方位正確，頂角較理想時，則用長鉆鋌正常鉆壓鉆進(jìn)（鉆壓一般取8000～10000N）。

g.定向糾偏的鉆具組合：

鉆頭——螺桿鉆具——鉆鋌——鉆桿——立軸。

2.螺桿鉆具的糾斜成果

例一：山東梁山楊營礦主井N3號孔