張峰

(山東地礦集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250013)

1 項(xiàng)目概況

江蘇某鐵礦于1995年開工建設(shè)，一期礦井2001年9月正式竣工投產(chǎn)，一期工程設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力300 噸/年，采用邊生產(chǎn)邊基建模式；二期工程礦體埋深多數(shù)集中在140～450 m之間，已探明的鐵礦石儲(chǔ)量1300萬(wàn)噸，占總儲(chǔ)量的40%，平均品位52.66%，伴生銅、鈷、金等貴重金屬，開采價(jià)值較大。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)鋼鐵的需求日益增大，鐵礦石的開采量也隨之加大，該鐵礦的開采已逐步向深部邁進(jìn)，但該礦區(qū)地下水資源豐富，巷道涌水明顯，經(jīng)監(jiān)測(cè)，巷道涌水量最高時(shí)達(dá)1200 m3/h，對(duì)周邊礦區(qū)開采造成困擾。

為保障鐵礦安全開采，該鐵礦委托我單位在礦區(qū)內(nèi)施工充填鉆孔2個(gè)。經(jīng)了解，另一施工隊(duì)伍前期采用常規(guī)鉆進(jìn)技術(shù)，出現(xiàn)了鉆遇采空區(qū)、裂隙帶泥漿液泄露問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)，泥漿液有進(jìn)無(wú)出，不但污染地下水，還造成孔壁坍塌，粘、附、卡鉆等井內(nèi)事故，甚至導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢而延誤工期，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。我單位施工技術(shù)人員反復(fù)研究，根據(jù)施工礦區(qū)地層特點(diǎn)，采用下套管護(hù)孔換徑，礦區(qū)上部回填段及第四系層段擬采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，下部井段采用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝施工。

2 潛孔錘施工工藝特點(diǎn)

氣動(dòng)潛孔錘鉆探施工，又稱氣動(dòng)孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。在這種鉆探方法中，壓縮空氣既作為沖洗介質(zhì)又作為氣動(dòng)能量。在鉆頭與鉆桿間，連接一個(gè)風(fēng)動(dòng)潛孔錘，把通過(guò)鉆桿輸入的壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械沖擊能，并用活塞沖擊鉆頭實(shí)現(xiàn)孔底沖擊碎巖。氣動(dòng)潛孔錘特點(diǎn)是沖擊功大、回轉(zhuǎn)速度低、軸向鉆頭壓力低、碎巖效率高、鉆頭使用壽命長(zhǎng)，適合鉆探中硬以上巖層。與常規(guī)泥漿回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝相比，具有鉆進(jìn)效率高，施工周期短，無(wú)地層污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于基巖水井、頁(yè)巖氣、地?zé)豳Y源勘查、礦山采空區(qū)和建筑基礎(chǔ)施工等領(lǐng)域。

3 鉆孔設(shè)計(jì)及質(zhì)量要求

3.1 地層情況

0～3.0 m為混凝土地面，3.0～6.0 m為回填層，6.0～40.0 m為第四系地層，40.0～410.0 m為斜長(zhǎng)角閃巖。

3.2 地質(zhì)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)井型為垂直井型，三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，套管完井。根據(jù)前期地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)井深210 m。

(2)二開：孔徑406.4 mm；穿過(guò)第四系，入基巖5 m，深約45 m，下入?377 mm×8 mm螺旋鋼管，水泥封固。

(3)三開：氣動(dòng)潛孔錘施工；孔徑325.0 mm；鉆至目的層位，深約410 m，下入?194 mm充填管。

3.3 技術(shù)要求

①所有鉆孔井斜不能超過(guò)1%；②全孔下套管，無(wú)縫鋼管對(duì)接采用焊接，內(nèi)壁要求光滑；③下套管后要求對(duì)孔壁與管壁之間進(jìn)行水泥充填，孔底不得有漏水現(xiàn)象；④施工完畢后，鉆屑和污水現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，場(chǎng)地恢復(fù)。

4 施工工藝

礦區(qū)上部回填段及第四系層段(40 m)擬采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，采用泥漿護(hù)壁牙輪鉆頭鉆進(jìn)，下入?426 mm×8 mm、?377 mm×8 mm螺旋鋼管護(hù)壁，下部井段采用?325 mm氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝施工。

4.1 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

4.1.1 牙輪鉆進(jìn)

鉆壓和轉(zhuǎn)速既決定著鉆頭破碎巖石的效率，又影響到鉆頭牙齒、軸承的磨損。軟地層，鉆頭以剪切作用為主，一般采用高轉(zhuǎn)速、低鉆壓；中硬地層，鉆頭產(chǎn)生剪切、沖擊、壓碎綜合作用，一般采用中等轉(zhuǎn)速和中、高鉆壓；硬地層，鉆頭以壓碎、沖擊為主，一般采用較高鉆壓、低轉(zhuǎn)速。

4.1.2 氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)

主軸轉(zhuǎn)速10～20 r/min，鉆壓25～27 kN，送風(fēng)量60 m3/min。

4.2 鉆具組合

4.2.1 牙輪鉆進(jìn)鉆具組合

?133 mm主動(dòng)鉆桿+?127 mm鉆桿+?203 mm鉆鋌+牙輪鉆頭。

4.2.2 氣動(dòng)潛孔錘鉆具組合

?133 mm主動(dòng)鉆桿+?127 mm鉆桿+?203 mm鉆鋌(+?159 mm鉆鋌)+空氣潛孔錘。

治療技術(shù)內(nèi)容：包括關(guān)節(jié)活動(dòng)技術(shù)、肌力訓(xùn)練、關(guān)節(jié)松動(dòng)術(shù)、牽伸技術(shù)、平衡協(xié)調(diào)訓(xùn)練、神經(jīng)發(fā)育療法、神經(jīng)肌肉本體感覺促進(jìn)療法、運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)療法等。

4.3 鉆進(jìn)技術(shù)方法

4.3.1 牙輪鉆進(jìn)

(1)地基要平整牢固，設(shè)備安裝就位時(shí)保證“三點(diǎn)一線”，確保施工過(guò)程中不發(fā)生傾斜、移位等現(xiàn)象。

(2)鉆進(jìn)過(guò)程中要精心操縱，平穩(wěn)送鉆，不能加壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)盤。井下出現(xiàn)起蹩跳鉆現(xiàn)象時(shí)及時(shí)起鉆檢查牙輪鉆頭。連續(xù)產(chǎn)生憋跳鉆時(shí)，若地面設(shè)備無(wú)問(wèn)題，應(yīng)立即起鉆，避免掉牙輪。

(3)鉆進(jìn)中操作要平穩(wěn)，送鉆要均勻，嚴(yán)禁猛提猛放、溜鉆和鐓鉆。

(4)如發(fā)現(xiàn)鉆頭無(wú)進(jìn)尺，泵壓明顯升高或降低，機(jī)械轉(zhuǎn)速突然下降，扭矩增大等現(xiàn)象時(shí)，若地面設(shè)備無(wú)問(wèn)題，應(yīng)起鉆檢查。

4.3.2 氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)

(1)鉆具下入孔內(nèi)啟動(dòng)空壓機(jī)后稱重，把鉆壓儀清零，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具加壓，此時(shí)鉆壓儀顯示的數(shù)值即為鉆孔工作鉆壓，鉆壓為鉆鋌重量的30%，潛孔錘正常工作后即為正常鉆進(jìn)。

(2)開孔用導(dǎo)向及人工扶正鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速15～20 r/min，送風(fēng)量為33 m3/min，加入鉆鋌后用鉆鋌重量的40%以內(nèi)控制鉆進(jìn)，即鉆鋌重量20 kN，鉆進(jìn)壓力不超過(guò)8 kN(以鉆壓表稱重為準(zhǔn))，以此類推。鉆鋌重量超過(guò)70 kN后轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

(3)鉆進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)關(guān)注進(jìn)尺情況和鉆具聲音，若鉆進(jìn)中鉆速突然降低或不進(jìn)尺，且氣壓猛增，盡快將鉆具提離孔底，防止發(fā)生埋鉆和其他事故的發(fā)生。在鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)觀察排渣口排渣情況是否正常，根據(jù)排出的巖渣和地層柱狀圖了解地層情況，以判斷工作是否正常。

(4)保持鉆具內(nèi)孔清潔，防止?jié)摽族N活塞卡住而不能工作，防止內(nèi)缸套和活塞過(guò)快磨損。

(5)鉆具接近井底0.5 m時(shí)送風(fēng)，待風(fēng)返回井口后，再開動(dòng)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，掃到井底，潛孔錘工作正常后按正常參數(shù)鉆進(jìn)。

(6)加鉆桿時(shí)把鉆具提離孔底，主動(dòng)鉆桿出井口后方可停風(fēng)、加鉆桿。

(7)每回次結(jié)束，要及時(shí)檢查潛孔錘螺紋連接及鉆頭卡銷等關(guān)鍵部位，以防潛孔錘零部件脫落井內(nèi)。

5 施工過(guò)程及結(jié)果

1號(hào)鉆孔0～40 m用泥漿護(hù)壁牙輪鉆頭鉆進(jìn)，40～410 m采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配合空氣潛孔錘鉆進(jìn)，鉆進(jìn)410.56 m，順利通過(guò)采空區(qū)空巷和漏失層，最大井斜角<0.8°，孔斜完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，顯示出空氣潛孔錘施工鉆孔垂直度高、孔斜穩(wěn)定的特點(diǎn)。

此次施工總計(jì)用時(shí)17 d，鉆進(jìn)用時(shí)大約8 d，其他用時(shí)9 d，鉆進(jìn)用時(shí)占總用時(shí)的47%，純鉆月效率為1539.6 m(下套管、固井、修設(shè)備及等料時(shí)間排除在外)，實(shí)際鉆月效率為724.5 m。前期另一施工隊(duì)伍采用回轉(zhuǎn)工藝鉆進(jìn)，平均每天進(jìn)尺為12.8 m，鉆進(jìn)410 m需用32 d，純鉆月效率只有384.3 m。以上數(shù)據(jù)充分顯示出空氣潛孔錘效率高的特點(diǎn)，比常規(guī)鉆進(jìn)時(shí)效提高了3～4倍，是一種效率高、周期短的鉆進(jìn)方法，屬于在礦山采空區(qū)進(jìn)行鉆探的一種行之有效的方法。

6 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

6.1 施工注意事項(xiàng)

①該孔施工深度較深，產(chǎn)生巖粉排放較多，為滿足施工要求適時(shí)采用三通并聯(lián)兩臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，滿足氣流上返速度，增加風(fēng)量，以提高排渣能力。②隨著孔深的增加，為使得鉆孔內(nèi)巖粉排放干凈，可采用泡沫鉆進(jìn)，即泡沫鉆進(jìn)時(shí)，先送風(fēng)，再泵入泡沫溶液劑，能夠有效提高巖粉排放能力。③加鉆桿后，先探明井底內(nèi)殘?jiān)?，如超過(guò)0.5 m時(shí)，要先送風(fēng)清渣，然后再正常鉆進(jìn)。④鉆深超過(guò)100 m后，隨時(shí)觀察返上來(lái)的巖屑數(shù)量，確定巖粉全部返出后，方可進(jìn)尺，以防井壁儲(chǔ)存過(guò)多巖屑，造成埋鉆事故。

6.2 改進(jìn)意見

①由于潛孔錘的工作原理和錘頭的特殊結(jié)構(gòu)，決定了鉆孔孔壁不是圓整光滑的，當(dāng)鉆進(jìn)速度快而轉(zhuǎn)速又高時(shí)，更容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，要合理控制進(jìn)尺和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，根據(jù)情況使用擴(kuò)孔器。②檢修潛孔錘時(shí)，一定要重點(diǎn)檢修止逆閥，要保證配合間隙適中，活動(dòng)靈活。止逆閥活動(dòng)不靈活，會(huì)造成巖粉倒灌入潛孔錘，使之不能工作。必須保證空壓機(jī)在較低風(fēng)壓中工作，環(huán)空風(fēng)速得以提高，孔內(nèi)巖屑才能徹底清理干凈。③本次所用的TSJ-600型鉆機(jī)在空氣潛孔錘鉆進(jìn)施工中輔助時(shí)間較長(zhǎng)，不能準(zhǔn)確控制鉆進(jìn)參數(shù)，工作可靠性較差，今后可與全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)配合使用，可進(jìn)一步提高鉆進(jìn)效率，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。