康家灣礦區(qū)充填孔大直徑鉆孔施工防斜措施

李德波，劉 兵

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421001）

1 概述

康家灣礦永久充填+2號充填鉆孔施工項目，工期要求2019年2月15日進場，2019年3月10日完工，共計24天。鉆孔設(shè)計要求必須精準對穿地下249.5m處0.8＊0.8米的巷道，傾角90度，終孔口徑110mm。

我方于2月14日進場，2月23日開孔，3月9日終孔。對鉆遇的砂巖、碳質(zhì)砂巖、石英砂巖等軟硬夾層進行了防偏斜施工，最終精準鉆入礦區(qū)井下249.5m處0.8＊0.8的巷道內(nèi)。面對該孔室內(nèi)場地受限、工期緊、垂直度要求高的難點，在2號充填孔施工全過程中，采取了控制給進壓力、轉(zhuǎn)速、增加扶正設(shè)備與PQ122繩索施工相結(jié)合的施工工藝方法，采用PQ122繩索工藝施工，主要利用它高效、省時省力特點，即不用頻繁起下鉆減少鉆進的輔助時間和解放勞動強度。通過反復的試驗及每35m～40m一次鉆孔測斜的結(jié)果，根據(jù)施工和測斜情況逐步調(diào)整給進壓力、轉(zhuǎn)速以及鉆桿扶正器的投入量，最終高效地完成該鉆孔的施工，并且成功控制了鉆孔的飄斜，鉆入礦區(qū)井下249.5m處0.8＊0.8的巷道內(nèi)，全孔孔飄斜量僅為0.10度，取得了良好的效果。

2 2號充填孔地質(zhì)概況及井身結(jié)構(gòu)

該區(qū)域地層巖性為侏羅系砂巖，自上而下依次為：0m～63m為碳質(zhì)粉砂巖、63m～128m為中砂巖與粉砂巖、128m～249.5m為碳質(zhì)粉砂巖與砂巖相互交錯，其中在195.4m～198.7m處為泥質(zhì)砂巖。整體巖性研磨性、強度一般，巖心較脆。2號充填鉆孔孔身結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 2號充填孔孔身結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 鉆探設(shè)備及鉆探施工條件

2號充填孔選擇的主要設(shè)備詳見表2，施工場地受現(xiàn)有充填站的影響，懸空5m架設(shè)工字鋼平臺，通過測量效正平臺做到水平誤差在±2mm。

表2 2號充填孔主要鉆井設(shè)備

4 施工中主要技術(shù)難點

康家灣礦2號充填孔鉆探施工存在的最大問題是如何保證鉆孔在25天工期內(nèi)精準對穿地下249.5m處0.8＊0.8的巷道。

因按照合同工期和開孔時間計算我們必須保證在施工期內(nèi)平均每天進尺在15m以上，這就意味著我們沒有時間重新施工鉆孔或偏斜以后再糾斜，必須一次成孔。若按照以往的施工工藝方法不采取相應的防偏斜措施根本無法到達地質(zhì)設(shè)計目的。

施工期間，我們使用上海地學儀器研究所防磁無線光纖陀螺測斜儀每隔40m左右進行一次測斜，通過數(shù)據(jù)反映的情況調(diào)整扶正器、給進壓力、鉆進轉(zhuǎn)速，逐步在工期內(nèi)高效完成該充填孔施工。

5 采取的技術(shù)措施

通過以往鉆孔施工經(jīng)驗的積累，我們在該孔研發(fā)了一套實用的鉆孔防斜保障措施，在扶正措施上取得了一些突破。這套措施原理簡單，可操作性高，效果明顯，效益高，成本低，周期短。

5.1 主動鉆桿扶正接手?133mm、?150mm及?114鉆桿?122mm扶正器的實際應用

鉆孔偏斜情況決定鉆孔終孔靶點偏離情況，因此，控制鉆孔的偏斜對于該孔是否能精準揭穿目標巷道有決定性的意義。

鉆具在孔底的偏倒角決定于孔壁間隙和粗徑鉆具長度，即：

式中：b——孔壁間隙m，L——粗徑鉆具長度m。

康家灣礦2號充填孔的施工，因機臺離地面懸空5m，采用下外徑?168mm套管作為護筒，通過鉛錘器及懸吊?150鉆具入護筒內(nèi)效正護筒，焊接固定護筒，防止在施工過程中擺動。之后如果采用?150mm的鉆具+?114鉆桿鉆進。此時?65mm主動鉆桿與?168mm套管（壁厚4.5mm）環(huán)空間隙為47mm，?114鉆桿與?168mm套管環(huán)空間隙為22.5mm。

同理，在下完?146mm套管施工PQ122的繩索取芯鉆進時，?114mm鉆桿與?122.7mm鉆孔的環(huán)空間隙為4.35mm，上述如此大的環(huán)空間隙為鉆桿彎曲提供了很大空間，為鉆孔偏斜埋下了隱患。

因此，減小?114mm鉆桿與套管及孔壁、?65mm主動鉆桿與套管的環(huán)空間隙對于預防鉆孔偏斜顯得極其重要。我們參照?122.7的擴孔器扶正的原理到廠家定做了一批?122mm的扶正器，同時針對?65mm主動鉆桿與套管間的大環(huán)空間隙自主加工了?133mm、?150mm的扶正接手，解決了環(huán)空間隙大的問題。另外，每6m鉆桿增加一個122鉆桿扶正器相當于無線延長了鉆具總長，解決了鉆具不夠長的問題。

最后，我們以減小環(huán)空間隙與延長鉆具總長為突破口，經(jīng)過每40m利用防磁陀螺測斜儀測斜數(shù)據(jù)的反映，保質(zhì)保量地在合同工期內(nèi)完成了該充填孔的施工。

5.2 鉆進給進壓力、轉(zhuǎn)速對鉆孔彎曲的影響

該鉆孔施工從開孔0m～35m，全是依靠鉆桿鉆具的自重施工（35米鉆桿鉆具+主動鉆桿約為630KG），轉(zhuǎn)速是83r/min與152r/min，此時鉆孔施工到目前為止鉆孔測斜放映的頂角數(shù)據(jù)為0.01度，隨后的鉆進過程中，根據(jù)測斜儀反映的數(shù)據(jù)逐步調(diào)整鉆進的給進壓力與轉(zhuǎn)速。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 鉆進過程中給進壓力、轉(zhuǎn)速與測斜數(shù)據(jù)比對表

雖然一個鉆孔的數(shù)據(jù)并不能很準確地反應出該地層施工過程中給進壓力、轉(zhuǎn)速對鉆孔彎曲度的影響，但是確保了我們按期保質(zhì)保量地完成鉆孔施工任務(wù)，這也為以后在該區(qū)域施工積累了一定的施工經(jīng)驗。

6 結(jié)語與建議

（1）該孔驗證了減小鉆桿與孔壁的環(huán)空間隙和增長鉆具的長度對減小鉆孔彎曲有實質(zhì)性的效果。

（2）扶正設(shè)備的應用能有效預防鉆孔偏斜，降低施工成本。

（3）重視對預防鉆孔彎曲的研究對施工的意義重大，同時也應該根據(jù)實際地層、施工情況具體問題具體分析，不能盲目照搬套用。