靳鑫 陳高鵬

摘 要： 岱莊煤礦井下充填立孔鉆孔深達(dá)171m、成孔最大直徑Ф450mm，鉆孔孔采用ZDY4000S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)施工。本論文介紹了反井鉆進(jìn)施工工藝和鉆孔防斜保直措施，并詳細(xì)分析了反井鉆進(jìn)施工工藝相較常規(guī)施工工藝的優(yōu)勢。該充填立孔最終符合設(shè)計要求，充填管路順利下放，施工總工期36d，比常規(guī)施工工藝提前14d完成，反井鉆進(jìn)工藝成效突出，并安全無事故。

關(guān)鍵詞： 反井鉆進(jìn);防斜保直;塌孔處理

【中圖分類號】TD713+.3 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）21-0242-01

引言：目前，煤礦井下輸料鉆孔施工主要面臨的問題有：地質(zhì)條件復(fù)雜、鉆孔精度高、工期緊迫、成本高、風(fēng)險大，如何解決這些問題實現(xiàn)煤礦安全經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展，分析研究反井鉆進(jìn)施工工藝較常規(guī)施工工藝的優(yōu)勢并加以改進(jìn)，對煤礦發(fā)展具有重大意義。

1 概況

根據(jù)《岱莊煤礦16煤高承壓水上膏體充填開采可行性分析》報告，為了縮短充填管路的鋪設(shè)距離，減少不必要的浪費(fèi)，實現(xiàn)煤礦綠色開采，遵循國家工程綠色發(fā)展理念，最后決定在下組煤充填管子道與1160采區(qū)膠帶上山交叉處施工一個大直徑輸料鉆孔。鉆孔起止位置：從3煤底板泥巖至16煤頂板石灰?guī)r，共穿過巖層56層，累計總厚度為173.29m，且在孔深120m的位置存在一條斷層。經(jīng)過研究分析，該鉆孔施工主要面臨如下問題：

（1）地質(zhì)條件復(fù)雜：鉆孔穿過的地層以泥巖、粉砂巖為主。該類巖層為軟巖，成分以粘土礦物為主，強(qiáng)度很低，鉆進(jìn)過程中遇水易膨脹、崩解坍塌;尤其要通過一條斷層破碎帶，更加劇了鉆孔的坍塌程度。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)鉆孔反水排粉困難、堵鉆埋鉆現(xiàn)象。

（2）精度要求高：全孔偏斜率不超過0.5%。因地層變化頻繁，特別是在軟硬巖層交替處，易出現(xiàn)鉆孔偏斜，因此防斜保值顯得尤為重要。

（3）工期緊迫：從鉆孔施工到套管安裝固管，工期不超過65天。而使用常規(guī)七級擴(kuò)孔的施工方法無法滿足工期要求。

（4）風(fēng)險大、成本高：鉆孔采用固定單價合同，承擔(dān)了施工過程中鉆孔塌孔、涌水、超斜廢孔等不可預(yù)見的風(fēng)險因素。使用常規(guī)施工方法一次性投入成本高。為了在合理工期內(nèi)高質(zhì)量、低成本、快速完成這個項目，解決鉆孔施工中一系列不確定因素所導(dǎo)致的工期延誤、材料浪費(fèi)造成成本上升的問題，確保鉆孔精度達(dá)到設(shè)計要求并按工期順利下放安裝套管，以實現(xiàn)岱莊充填立孔在技術(shù)及施工工藝上的成果轉(zhuǎn)換，我們對反進(jìn)鉆進(jìn)施工工藝、防斜保直措施和塌孔處理進(jìn)行了研究。

2 反井鉆進(jìn)施工工藝

施工導(dǎo)孔（Φ89mm）→三灰含水層、斷層區(qū)域注漿→第一次反井?dāng)U孔（Φ212mm）→第二次反井?dāng)U孔（Φ300mm）→第三次反井?dāng)U孔（Φ380mm）→第四次反井?dāng)U孔（Φ450mm）→下放注漿管→全孔注漿管外壁注漿固管→竣工驗收、撤出設(shè)備。

3 傳統(tǒng)鉆進(jìn)施工工藝

施工導(dǎo)孔（Φ89mm）→三灰含水層、斷層區(qū)域注漿→第一次擴(kuò)孔（Φ159mm）→第二次擴(kuò)孔（Φ200mm）→第三次擴(kuò)孔（Φ245mm）→第四次擴(kuò)孔（Φ290mm）→第五次擴(kuò)孔（Φ320mm）→第六次擴(kuò)孔（Φ350mm）→第七次擴(kuò)孔（Φ450mm）→下放注漿管→全孔注漿管外壁注漿固管→竣工驗收、撤出設(shè)備。

4 反井鉆進(jìn)施工工藝相較常規(guī)施工工藝的優(yōu)勢

（1）在傳統(tǒng)的自上而下擴(kuò)孔鉆進(jìn)的施工工藝中，穿過破碎帶、巖層變換頻率高的孔段，導(dǎo)向鉆頭可以有效防止鉆桿彎曲而產(chǎn)生新孔，同時因為鉆頭導(dǎo)向的存在，隨著鉆孔的進(jìn)一步深入，水壓也會相對減弱，會造成返水排粉困難，鉆頭、鉆桿與孔壁的摩擦力加大，導(dǎo)致鉆機(jī)扭轉(zhuǎn)力相對削弱，此時出現(xiàn)塌孔、埋鉆等鉆孔事故的幾率也會加大。而在反井鉆進(jìn)工藝中，煤、巖粉利用自然重力和水壓作用可以隨時從孔底排出，從而降低鉆進(jìn)阻力，減少鉆孔事故率，從而達(dá)到節(jié)省工期，降低風(fēng)險，提高效益的目的。

（2）在反井鉆進(jìn)施工工藝中，由于沒有鉆頭導(dǎo)向和排粉困難所造成的鉆機(jī)扭轉(zhuǎn)力削弱，同時利用自然重力和水壓作用幫助煤、巖粉順利排出可以減少鉆機(jī)扭轉(zhuǎn)力的消耗，相比傳統(tǒng)施工工藝相當(dāng)于對鉆機(jī)扭轉(zhuǎn)力的補(bǔ)償，這樣就可以適當(dāng)加大反井鉆頭的直徑，所以采用反向鉆頭反井鉆進(jìn)施工該充填立孔只需擴(kuò)孔4次，而傳統(tǒng)的施工工藝需要正向擴(kuò)孔7次。由于擴(kuò)孔次數(shù)的減少，所用工期、材料、以及出現(xiàn)出現(xiàn)鉆孔事故的幾率都相應(yīng)減少。而且利用鉆頭與鉆桿的自重對該充填立孔有一定防斜保直的作用。

綜上所述，反井鉆進(jìn)施工工藝相比傳統(tǒng)的施工工藝有節(jié)省工期、減少材料消耗、降低鉆孔事故風(fēng)險以及鉆孔防斜保直提高鉆孔質(zhì)量的優(yōu)勢。

5 鉆孔防斜保直措施

為防止鉆孔偏斜超限，采用積極的防偏措施，使用合理的鉆進(jìn)參數(shù)，加密對孔斜的監(jiān)測。具體操作如下：

（1）精準(zhǔn)開孔。鉆孔開孔是鉆孔防斜的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開孔質(zhì)量直接影響到全孔偏斜率，開孔過程中要在立軸鉆桿頂部設(shè)上穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，將鉆孔傾角偏斜誤差控制在最小范圍，待動力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，開動鉆機(jī)，平穩(wěn)接合離合器，不得沖擊，必須輕、勻、穩(wěn)且要輕壓慢轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)至孔深5m后方可正常鉆進(jìn)。

（2）采用合理的鉆進(jìn)參數(shù)。采用合理的鉆進(jìn)參數(shù)不僅能保持鉆進(jìn)的高效率，而且能有效地減少鉆孔偏斜。鉆進(jìn)中要精心操作，根據(jù)鉆桿轉(zhuǎn)動情況和孔口反饋聲音結(jié)合鉆孔柱狀圖巖層情況，合理改變鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)壓力應(yīng)對巖層變化?！败涀冇病睍r，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。

（3）施工導(dǎo)孔增添扶正器。鉆桿上加足量的扶正器，可以減少鉆桿的晃動，能有效減少鉆孔的偏斜。實踐證明，扶正器有效縮短來了鉆桿與孔壁之間的間隙，阻止了鉆桿的彎曲，鉆頭可按鉆孔設(shè)計角度和軌跡鉆進(jìn)。

（4）加密對孔斜的監(jiān)測。每施工15m用測斜儀進(jìn)行測斜，發(fā)現(xiàn)孔斜有超限趨勢及時進(jìn)行糾偏并加密測斜次數(shù)，從而使鉆孔達(dá)到設(shè)計精度。測斜儀由專門的技術(shù)人員操作，并在使用前進(jìn)行校驗，以減少誤差確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤。

（5）用反井鉆頭擴(kuò)孔時，為防止出新孔，擴(kuò)孔鉆頭上部均帶有匹配導(dǎo)向頭，導(dǎo)向尺寸與上一級擴(kuò)孔鉆頭相匹配，避免在擴(kuò)孔過程中出新孔。

6 塌孔處理

塌孔處理：在反井鉆進(jìn)中，鉆進(jìn)至破碎帶、松軟層巖石、巖層變化頻繁孔段，易反生塌孔埋鉆事故，由于原反向鉆頭底部沒有鉆進(jìn)功能，只能利用反向鉆頭的平底的摩擦力緩緩正向鉆進(jìn)，費(fèi)時費(fèi)力，且易對鉆頭造成損傷。現(xiàn)直接將反向鉆頭底部加工成可以正反井鉆進(jìn)的復(fù)合鉆頭，反井鉆進(jìn)，正向順孔，當(dāng)出現(xiàn)向上返水，說明出現(xiàn)塌孔，我們可以直接正向順孔，這樣煤、巖粉就可以順利排出，省時省力，操作簡單。

7 結(jié)語

不僅可以為鉆探行業(yè)提供相應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)，還可以帶動鉆探行業(yè)快速穩(wěn)步前進(jìn)。