1、煤矿井筒冻结造孔工艺解析【摘要】我国煤炭资源以及储量丰富，但是人均煤炭资源较少，随着煤炭资源面临短缺，人们逐渐向更深处发掘资源。然而，技术成为了限制这一趋势的普及，国内外科研人员正在努力攻克技术难关，本文主要阐述有关煤矿井筒冻结孔工艺的相关知识。 【关键词】煤矿，井筒，冻结造孔，工艺 中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 作为矿井建设中的首要问题，井筒冻结造孔工艺质量的高低直接影响到了工程质量与标准。其发展已有 50 年时间，其发展工艺对煤炭工业的发展影响极大。人们对工程质量以及工程期限要求逐渐提升，下面我们来讨论有关该工艺的问题以及解决方案。 煤矿发展现状 随着我国煤炭
2、资源开发利用的不断深入,矿井的建设也在不断向深部延深,冻结造孔工程作为井筒建设中首要的措施工程,其质量好坏直接影响到矿井建设的周期,钻孔各水平孔间距的大小直接关系到冻结壁交圈时间长短。如何高质量的完成每一个冻结孔施工,缩短冻结时间,使矿井早日建成投产,是摆在每位矿井建设者面前的一个重要课题。与此同时,施工工艺是取得冻结钻孔质量的重要影 响因素,可以说一定程度上对冻结施工质量起到决定性的作用。 冻结造孔工艺 1.准备工作 （一）冻结孔的质量要求 偏斜率(位移与井深比)及向内偏值(向主井中心方向偏值)。Q+N 层段：外、中圈孔直径600 mm，内圈孔直径300mm，防片帮孔直径300 mm，偏斜率
3、0002偏斜限值O80 m；基岩层段：中外圈孔直径700 mm，偏斜率 40004，偏斜限值1O0 m。300 m 以下按靶半径控制。孔间距。主副井外圈冻结孔间距2.5 m，基岩相邻两深孔最大孔间距47 m。 （二）要充分了解施工区的地质条件 根据井筒检查孔地质报告所提供的资料, 施工必须对井筒地层状况有详细的认识。在工程施工初期, 通过第一轮钻孔的施工对不同深度的地层再作进一步的了解, 掌握不同层段的岩层性质, 同时应考虑岩层倾角造成基岩段在井筒各部位的深度差异施工过程中根据不同岩层段的岩性变化, 选择不同的合适的钻进技术参数、泥浆参数等内容。 （三）钻进参数的选择 开孔的好坏是保证钻孔垂直
4、度的关键，除保证“三点一线”外，开孔钻进过程中应以慢转、轻压、大泵量为宜，一般控制在转数 80r/min、钻压 300kg、钻速 1m/h、泵量 8 0 0 L / m i n 左右。在钻进操作过程中，以快转、轻压、大泵量为宜。利用加重管增加钻具重量后的铅垂作用，减压悬吊钻进，必须做到以加重管中和点以下部分的重量作为给进压力，实现孔底给压，使钻杆始终处于受拉状态，避免产生弯曲，同时也减少钻杆与孔壁之间的碰撞与摩擦，使钻头工作平稳，保证钻孔的垂直度。 （四）泥浆参数的选择 泥浆在钻孔施工过程中除具有排除岩碴和冷却钻头功能外，还起着保护孔壁、防止坍塌和堵漏的作用。使用螺杆钻具时，又起着传递动力的作
5、用。为提高钻孔钻进效率，在不同地层钻进时要配制相应参数的泥浆。 施工流程 （一）钻场施工顺序 三七灰土基础一找平，预留孔位及泥浆循环槽。混凝土基础浇灌并找平一安装。为保证钻塔整体移动的稳定性，扩大承载面积，采用 C30混凝土结构基础。整个钻场水平误差不超过5 mm，混凝土厚为400500 mm。在三七灰土基底预留钻孔孔口位置及泥浆循环槽。灌 C30等级强度混凝土时采用 ZW 一 22 型平板式混凝土捣振器捣密实。为使钻机整体移动方便，在混凝土盘外围 10 m 均匀布置施工 12 个 5 t 地锚。（二）钻机安装顺序 滑动底盘一钻机、电机一钻塔一找平一找正固定一试车运转一检查验收。如图 1 图
6、2，就是钻机的相应结构： 钻孔纠偏措施的选择 （一）移钻塔纠偏法 在冻结造孔过程中, 利用移钻塔的方法亦能对钻孔进行纠偏, 其原理是通过调整钻具组合, 利用钻具的钢性及钻孔偏斜拐点的相互抑制作用控制下部孔斜。根据钻孔过程测斜资料, 以钻孔当时孔深处为起始点, 顺钻孔偏斜方位移动钻塔到一定距离, 使当时钻孔钻进起始点变成支点, 产生抑制作用使钻孔反方向钻进,达到纠偏效果; 必要时可调整钻具组合, 使纠偏效果更加明显。但终孔测斜时, 为了保证单孔成孔资料的准确性, 终孔之前 3 5 m 逐渐使钻塔恢复到开孔位置再进行成孔测量, 从而保证终孔资料的真实性, 以利于指导下一步冻结孔施工。在山东梁宝寺煤
7、矿副井, 安徽淮南张集北矿主、风井, 丁集煤矿主井、副井, 顾北煤矿主井、副井、风井, 宿州界沟煤矿主、副井等工程施工中均取得了良好的效果, 实践表明, 移钻塔纠偏法在孔深 400 m 以浅进行纠偏, 快速省时, 成本低, 经济效益好。该方法的缺点是推架距离较大后, 钻具易变形, 再者随着井口移动, 每次必须根据新井口位置做交圈图, 以指导生产, 防止打穿邻近冻结管。 （二）铲、扩孔纠偏法 用这种方法纠偏时, 可使用铲孔钻头和扩孔钻头, 并利用原带有加重管的钻具进行纠偏。根据测斜资料, 在孔偏拐点上部确定好铲孔起始深度, 铲孔前为使铲孔取得成效, 要做好三点一线的校正工作。铲孔时用加重管带铲孔
8、钻头, 以垂直冲击的力量, 将偏斜部分铲掉, 边铲边转动钻具, 每次冲程约 2 m 左右, 完成第一次冲程再进行第二次冲程, 将孔铲出台阶后, 换上扩孔钻头钻进, 扩大已铲过的一段造成新孔。这样, 铲、扩交替进行, 当恢复钻进 3 5m 时, 经测斜合格后, 方可正常钻进。铲、扩孔法适用于浅孔松软地层中。 4.钻孔的防斜、测斜和纠斜 钻孔垂直度是保证钻孔质量的关键，要从各个环节严格控制，使钻孑 L 偏斜率控制在要求之内。 防斜 确保钻孔垂直度要遵循“以防为主、纠偏为辅、钻程严控”的原则，严把设备检修安装质量关，把好开孔关、钻具组合关，把好换层操作关。岩层由软变硬时，压力要适当减轻，转速降低；岩
9、层由硬变软时，压力减小至正常值的 1323 为好。增强责任心，严格按要求施工，同时加大工程技术监督力度。 测斜 测斜是掌握钻孔偏斜和钻孔轨迹的重要手段，要按设计要求及时测斜，复杂地层加密测斜点。测斜方法是 0100 m 采用灯光对点测斜仪测斜；100 m 以深采用陀螺测斜仪测斜。要求 3050 m 测斜 1 次，发现轨道偏差超限，立即采取措施。 纠斜 在浅孔新近系、第四系地层中纠斜一般采用传统方法，垫、移、扫孔、扩孔等方法纠斜。一般遵循“正推反垫”的方法，在井深小于 300 m 的表土层，孔斜小于 02。 ，闭合方位一定时，可采用改变方位、位移，根据三角形的勾股定理和相似三角形原理确定移、垫钻
10、塔方向及距离。在钻孔较深和基岩段可采用螺杆定向纠斜。 5.质量控制成果 在所有钻孔中，相邻冻结孔成孔最大间距（mm）：0 200m 1683、200 400m 2138、400 620m2427、620m 以下2283；冻结孔最大偏斜率：0300m1.75，300600 按靶域0.649m、600m 以下按靶域0.773m；水位观察孔的深度偏差：S1+420、S2 +650；测温孔最大偏斜率：C1：1.77；C2：1.85；C3：1.61；冻结管下放深度全部控制在0+1000mm 内, 高于 GBJ213-90矿山井巷工程施工及验收规范 、MT5009-94煤矿井巷工程质量检验评定标准相关规定，总体分析，冻结造孔工程质量达到优良。 四、结束语 煤矿井筒冻结造孔工艺师在我国已发展了 50 多年的新技术，虽然已经比较完善，但是在应用过程中还会出现许多未解决的问题，所以需要国家投入进行科研解决。这样可以有效保障工程质量，缩减工期。 参考文献： 1 王世光周声振刘济生钻探 北京：地质出版社 2006 2 杨云祥郭承敏 济西矿副井井筒冻结孔施工工艺建井技术 2002 3 刘岩英冯玉国 矿山竖井工程勘察孔施工技术措施建井技术 2000 4 吴长顺电线电缆产品检验(上册)上海：机械工业职业技能鉴定指导中心 2004
