深孔取芯鉆進的施工技術分析

李晶峰 潘浩萌 付攀升

摘要：隨著我國經濟的迅猛發展，各行各業都在自己的領域取得了不小的發展與突破，當然鉆探技術也不例外，巖芯鉆探技術的出現就是一項重大的突破，其在通過施工取芯鉆孔提取巖芯，準確掌握施工區域地質信息。因鉆孔較深，為了保證取芯鉆孔能夠順利施工，將取芯鉆孔施工工藝進行優化，能夠更好的增強整個施工的有效性和效率性。

關鍵詞：深孔取芯;鉆孔設計;施工工藝; 應用

引言：目前施工的取芯鉆孔，大多不超過50m，均為淺孔取芯，取芯成功率在70%-80%之間，超過50m的深孔取芯鉆孔，受巖石硬度、破碎程度、孔徑收縮、軟巖、煤層等眾多不利因素限制，難以施工。通過施工深孔取芯鉆孔，提取巖芯，編錄巖性，對巖芯進行力學實驗，根據深孔取芯鉆進的施工方案，將取芯鉆孔施工工藝優化，提高巷道掘進效率。主要針對成功施工的孔深達到143m的取芯鉆孔，分析總結施工方法、優化施工工藝，為深孔取芯技術積累寶貴的實踐經驗。

一、鉆孔設計和結構

鉆孔設計方位129°，設計角度+8°，設計孔深143m。為滿足設計要求，根據鉆孔設計目的和孔深情況，施工前制定了詳細的施工方案，將取芯鉆孔施工工藝優化為3個階段施工：第一階段0-30m為下管階段，該段穿過煤層，下孔口管護壁;第二階段0-90m為無芯段，該段采用無芯裸孔鉆進方式，將鉆孔施工至目標取芯位置;第三階段90-143m為目標取芯段，該段選用φ75mm取芯鉆頭配合φ73mm取芯管取芯鉆進，預計每個回次取芯長度1.8m左右，直至設計孔深。（如圖）

二、施工工藝

2.1下入一級管

鉆孔預計孔深20m-30m段，自煤層底板穿越煤層至頂板，為了防止鉆孔取芯過程中，在壓力水的作用下，煤層受沖刷浸泡，松軟、膨脹、塌孔，造成鉆孔無法正常施工，決定在鉆孔前方使用φ113mm鉆頭開孔至煤層頂板，將φ108mm孔口管下入30m，穿過煤層，使用水泥-水玻璃雙液漿加固孔口管。

2.2無芯鉆進

孔口管加固完成，安裝φ108法蘭盤，使用φ92mm鉆頭裸孔鉆進至孔深90m，施工過程中，通過返粉情況，判斷鉆孔無芯段巖性情況，詳細記錄。

2.3取芯鉆進

鉆孔施工至孔深90m，進入目標取芯段，起出鉆桿，更換φ75mm取芯鉆頭，配合φ75mm取芯管，進行取芯鉆進，取芯管長度1.8m，每個回次進尺及取芯長度不超過1.8m，起出巖芯，進行巖性描述，按照取出巖芯先后順序依次碼放，避免混亂。直至取芯鉆進至終孔深度143m。

2.4加固封孔

鉆孔施工至終孔，取芯結束，在孔口安裝壓蓋，使用液壓注漿泵先壓入水泥單液漿，以加固鉆孔周圍裂隙，待壓力升至8MPa時，加入水玻璃，調制雙液漿，封堵鉆孔，封孔終壓不低于10MPa。

三、深孔取芯工藝優點

相比以往的取芯方式，深孔取芯施工工藝有著以下優點：鉆孔第一階段下入φ108mm孔口管，①起到護壁作用，防護煤層及煤層頂底板軟巖段，避免塌孔抱鉆，保證了鉆孔能夠施工至目標取芯位置;②將煤壁隔離，把瓦斯封堵在孔壁外，隔絕了瓦斯溢出通道，防止瓦斯溢出，造成瓦斯超限;③防止鉆孔揭露構造帶或裂隙出水，導致水量失控;④封孔嚴實，能夠帶壓壓入水泥漿液，增大漿液擴散范圍，充填鉆孔周圍裂隙，達到封孔終壓后，封孔嚴實，滴水不漏。鉆孔第二階段采用φ92mm鉆頭無芯鉆進，增大了鉆孔孔徑，保證鉆孔長時間施工，孔徑收縮量不足以抱緊鉆桿，確保鉆孔施工安全。鉆孔第三階段，深孔取芯段，選用長度1.8m取芯管，增加單回次取芯長度，減少起下鉆次數，節省人工。

四、深孔取芯鉆進技術及應用

4.1深孔取芯鉆進技術要求

根據實際地質情況，鉆孔優化為三個階段施工，形成三級結構，每個階段采用不同的孔徑，自孔口至終孔，孔徑依次遞減，形成口大內小的結構，利于深孔施工，經過實踐驗證，深孔取芯施工工藝滿足設計需要，達到預期目的，且實施效果顯著。

穩鉆開孔依照方位線穩鉆，使用φ113mm鉆頭開孔穿過煤層。首先要保證開孔孔徑具有絕對的垂直度，在鉆井的過程中，要以低速、勻速的前進狀態進行，對孔徑的垂直度進行實時監測。下管埋管下入φ108mm孔口管，調制漿液進行埋管。孔口管試壓掃孔超過孔口管長度0.5m，進行耐壓試壓。無芯鉆進使用φ92mm鉆頭鉆進至目標取芯位置。取芯鉆進時使用φ75mm取芯鉆頭配合φ73mm取芯管，取芯鉆進。加固封孔要壓入水泥單液漿加固裂隙，后使用雙液漿封閉鉆孔。

4.2深孔取芯鉆進的注意事項

深孔取芯鉆進技術要求高，對鉆探設備和鉆口質量的選擇要求更高。所以在進行的超深口鉆探工作時，施工設備要安裝牢固;而且安裝的位置十分準確，在鉆孔結構設計的過程中，不僅要根據相關材料進行制定，還需要根據開采的實際情況進行鉆孔結構的選擇;盡量使用上下貫通的鉆孔，大孔徑施工至取芯位置，防止孔徑收縮，造成鉆孔報廢。這樣不僅可以降低成本、提高收益，還可以提高工作的效率，降低施工的難度。在鉆井的過程中，要以低速、勻速的前進狀態進行，對孔徑的垂直度進行實時監測。下管防護淺部煤層及軟巖，避免塌孔造成鉆孔報廢，提高鉆孔施工成功率。防護煤層，避免瓦斯溢出，造成超限事故。下管安裝法蘭，防止鉆孔出水失控。下管能夠帶壓加固裂隙，充填通道，且封孔嚴實。

五、項目實施的經濟、社會和環境效益

5.1.經濟效益

長管取芯，減少起下鉆次數，節省了人工費用;根據以往施工情況，預計降低鉆孔報廢率50%，降低了鉆孔費用。

5.2.社會效益

下管防護淺部煤層及軟巖，避免塌孔造成鉆孔報廢，提高鉆孔施工成功率，節省施工成本。大孔徑施工至取芯位置，防止孔徑收縮，造成鉆孔報廢。長管取芯，減少起下鉆次數，節省人工費用。

5.3環境效益

下管防護煤層，避免瓦斯溢出，造成超限事故，安裝法蘭，防止鉆孔出水失控，能夠帶壓加固裂隙，充填通道，且封孔嚴實。目實施的經濟、社會和環境效益。

結束語

新設備的引進與應用，對礦井地質條件有著較高的要求，準確掌握巷道預掘進前方地質信息成為了新設備運行，甚至生產接替的重要保障。目前，通過施工深孔取芯鉆孔，提取巖芯，編錄巖性，對巖芯進行力學實驗，是礦井直觀、準確的收集地質信息的唯一有效手段。因此，取芯鉆孔施工成功與否，有著重要的意義。

參考文獻：

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