關(guān)于亞洲最深凍結(jié)造孔工程核桃峪煤礦回風(fēng)立井井筒凍結(jié)造孔施工及糾偏管理探討虎小珍（蘭州煤礦設(shè)計探討院監(jiān)理分院）【摘要】我國煤炭資源以及儲量豐富，但是人均煤炭資源較少，隨著煤炭資源面臨短缺，人們漸漸向更深處發(fā)掘資源。然而，技術(shù)成為了限制這一趨勢的普及，國內(nèi)外科研人員正在努力攻克技術(shù)難關(guān)，本文主要闡述有關(guān)煤礦井筒凍結(jié)孔工藝的相關(guān)學(xué)問?！娟P(guān)鍵詞】

煤礦凍結(jié)造孔糾偏管理

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前言

作為礦井建設(shè)中的首要問題，井筒凍結(jié)造孔工藝質(zhì)量的凹凸干脆影響到了工程質(zhì)量與標準。其發(fā)展已有50年時間，其發(fā)展工藝對煤炭工業(yè)的發(fā)展影響極大。人們對工程質(zhì)量以及工程期限要求漸漸提升，下面我們來探討有關(guān)該工藝的問題以及解決方案

煤礦發(fā)呈現(xiàn)狀

隨著我國煤炭資源開發(fā)利用的不斷深化,礦井的建設(shè)也在不斷向深部延深,凍結(jié)造孔工程作為井筒建設(shè)中首要的措施工程,其質(zhì)量好壞干脆影響到礦井建設(shè)的周期,鉆孔各水平孔間距的大小干脆關(guān)系到凍結(jié)壁交圈時間長短。如何高質(zhì)量的完成每一個凍結(jié)孔施工,縮短凍結(jié)時間,使礦井早日建成投產(chǎn),是擺在每位礦井建設(shè)者面前的一個重要課題。與此同時,施工工藝是取得凍結(jié)鉆孔質(zhì)量的重要影響因素,可以說肯定程度上對凍結(jié)施工質(zhì)量起到確定性的作用。下面就核桃峪煤礦回風(fēng)立井凍結(jié)造孔的施工工藝及技術(shù)措施、凍結(jié)施工的監(jiān)測監(jiān)控做一探討探討。工程概況

核桃峪煤礦回風(fēng)立井井口標高+1195m，井底車場標高+220m，井凈徑7.0m，凈斷面面積38.465㎡，全深987m。采納一般法施工至430.2m時進入洛河組強含水層，井筒涌水量增大，注漿施工至460.5m時效果不明顯，無法正常施工，井筒在垂深460.5-916m采納凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度為亞洲最深。凍結(jié)孔設(shè)計思路1、核桃峪回風(fēng)立井井筒已掘砌至460米，凍結(jié)深度為916米，因?qū)俚谒狞S土層和至460的巖石地層，可以不考慮凍結(jié)壁的強度，只要考慮凍結(jié)封水和愛護已有井壁問題。2、白堊系下統(tǒng)洛河組井筒涌水量大、井筒下部地溫較高，為確保凍結(jié)封水，凍結(jié)設(shè)計宜實行全深凍結(jié)方式、大直徑凍結(jié)管、大鹽水泵、大裝機制冷量。凍結(jié)孔施工工藝及技術(shù)措施一、施工方案1、造孔工程難點1.1井筒已經(jīng)施工460米，在造孔施工時已掘砌部分會出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象；1.2地層不造漿、易塌孔埋鉆，需優(yōu)質(zhì)化學(xué)泥漿護壁；1.3部分巖層破裂，可能在造孔時出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象；1.4鉆井井盤需特別處理；1.5本工程鉆孔垂直度要求高、工期緊；1.6成品井壁的愛護。2、設(shè)備選型和鉆具組合2.1造孔設(shè)備依據(jù)凍結(jié)鉆孔設(shè)計要求和工期支配之需，本工程選擇TSJ-2000水井鉆機同時進行施工。擬投入5臺套鉆機。該機轉(zhuǎn)盤扭矩大，提升實力高，是志向的深凍結(jié)孔施工設(shè)備。鉆機共配套TBW850/50型泥漿泵6臺，實行5臺工作、1臺備用制度，以保證工期，防止孔內(nèi)事故發(fā)生。該型泥漿泵額定壓力高，排量大，可滿意深凍結(jié)孔供漿須要。同時又是井下動力鉆具糾偏的動力設(shè)備。2.2測斜、糾偏設(shè)備凍結(jié)鉆孔運用最先進的JDT-5A型陀螺測斜定向儀測井，配備4臺套，3臺運用1臺備用，該儀器還用于井下動力鉆具糾偏時定向。2.3鉆具選擇和組合選用Φ89×10外加厚組合系統(tǒng)。正常鉆進組合108×108四方鉆桿+Φ89鉆桿+Φ177.8石油鉆鋌（約30m/4根）+Φ190mm三牙輪鉆頭。3、鉆場施工本工程鉆孔深、孔數(shù)多、工期緊，質(zhì)量要求高，為保持鉆塔整體穩(wěn)定性，擴大承載面積，設(shè)計采納C30砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，鉆場水平誤差符合規(guī)范要求。底層采納三七灰土鋪墊壓實，高出自然地坪300mm。4、開孔和正常鉆進開孔前，要對鉆機仔細找正，使轉(zhuǎn)盤中心、鉆孔中心和鉆塔提升中心重合，鉆機底盤和基礎(chǔ)間隙要墊實，確保開孔垂直度；開孔誤差不得超過±10mm；正常鉆進時應(yīng)依據(jù)巖性特點及詳細施工狀況剛好調(diào)整鉆壓、鉆速、泵量和泥漿配比等參數(shù)。5、鉆孔測斜和糾偏5.1鉆孔測斜鉆孔軌跡嚴格監(jiān)控，按規(guī)定延長進行測量，每次測斜成果均與上次反復(fù)校核，偏斜過大的鉆孔，在施工過程中要增加測點，適時糾偏，限制鉆鋌頂角，確保軌跡趨勢。鉆進選用JDT-5A陀螺測斜定向儀測井，并指導(dǎo)鉆進，每30m布置1個測點，依據(jù)詳細狀況測點可調(diào)整；成孔按50m1個測點繪制偏斜平面圖。表土層與巖石交界面另布置1個測點。陀螺儀測斜同一點必需上下復(fù)測，發(fā)覺疑點要重新測量，確保測斜資料的牢靠性。5.2鉆孔糾偏鉆孔施工方針：防偏為主，糾偏為輔。鉆孔施工前應(yīng)仔細找好“三點一線”，并將鉆機墊實，不得抖動；施工中應(yīng)按規(guī)程細心操作，把握好開孔劃眼、正常施工和終孔三階段的施工。鉆孔上部糾偏一般采納傳統(tǒng)的墊、頂、鏟、掃、擴等方法，中深部采納5LZ120-7.0井下動力頭螺桿鉆具，該機具協(xié)作泥泵、長短扶正器、陀螺定向儀在定向糾偏具有效率高、精確度好的優(yōu)點，尤其限制鉆孔的內(nèi)偏。5.3糾偏詳細措施確定糾偏層位設(shè)計糾偏參數(shù)檢查測斜儀器和確定糾偏層位設(shè)計糾偏參數(shù)檢查測斜儀器和螺桿鉆具調(diào)整泥漿參數(shù)下入螺桿鉆具鞏固糾偏效果測斜及分析儀器定向術(shù)關(guān)鍵：向定向鉆進正常鉆進5.3.1.調(diào)整泥漿參數(shù)使之符合螺桿鉆具糾偏要求；螺桿鉆具工作靠液動力驅(qū)動。液動力的來源是由TBW850/50泥漿泵供應(yīng)的肯定壓力的液體(水或泥漿)。在表土段用水作為沖洗液，易造成鉆孔坍塌，因此最好運用化學(xué)泥漿。實際糾偏時，沖洗液運用粘度18～19s的雙聚化學(xué)泥漿。由于運用的泥漿質(zhì)量好，螺桿鉆具的運用壽命由設(shè)計的80～100h提高到了200h。2.選擇合適的地層運用糾偏技術(shù)；運用螺桿鉆具在松散砂層中糾偏，由于沖洗液泥漿的沖刷，鉆孔變大，不能形成糾偏孔段，糾偏效果不明顯；而在粘土層中糾偏，則易形成糾偏孔段，糾偏效果好。因此，選擇在粘土層中進行糾偏。3.設(shè)計糾偏目的方位角、頂角及糾偏段長度；斜向器角度的選擇是糾偏的關(guān)鍵，只有選擇合適的斜向器角度才能達到預(yù)期的效果，若斜向器角度太大會使斜向值反向增大，選擇小時雖有效果但達不到預(yù)期的目的。因此，糾偏時，應(yīng)依據(jù)被糾層位以上測得的方位與偏斜率的大小、被糾層位的深度和巖石的可鉆性來選擇。一般鉆孔淺的層位進行糾偏時，斜向器角度應(yīng)較大，糾偏鉆進長度要短，因為鉆具短、彈性小，糾偏后鉆進不是完全順糾偏方位順延，而鉆孔又有肯定的回來量；鉆孔較深的層位進行糾偏時，斜向器角度應(yīng)小，糾偏鉆進長度要長，因為鉆具長、彈性大，糾偏后鉆具在自重和鉆壓的作用下，鉆孔不易發(fā)生急彎。4.留意在鉆進中鞏固糾斜效果，防止打跑造成糾斜失敗。在鉆進中要留意鞏固糾斜效果，結(jié)合地層傾角、巖性、巖石硬度和地層強度及穩(wěn)定狀況，確定糾偏方法。11、凍結(jié)管安裝6.1材料凍結(jié)管運用20號低碳流體無縫鋼管和同材質(zhì)的電焊條。6.2連接采納內(nèi)襯管焊接連接，管端打坡口分層焊接，上下管距應(yīng)限制在4～7mm之間。運用前仔細檢查凍結(jié)管質(zhì)量，嚴禁運用彎曲、變形或有質(zhì)量問題的凍結(jié)管。管箍材質(zhì)與凍結(jié)管相同，且焊接采納J422低碳鋼焊條，焊縫應(yīng)飽滿無砂眼，焊接完成后冷卻方可下入鉆孔。自制的低碳鋼底錐，應(yīng)增設(shè)加強板。每孔凍結(jié)管下完后，主排孔進行6.0Mpa水壓試漏，隔溫孔進行4.0Mpa水壓試漏，經(jīng)30分鐘壓力下降不超過0.05Mpa，再延長15分鐘壓力不降為合格，然后加蓋密封。二、上部成品井壁愛護1、凍脹力對既有井壁的影響分析：（1）該地層本身凍脹量較??；（2）現(xiàn)有井壁存在接茬漏水現(xiàn)象，可將凍脹水排出，從而進一步減小了凍脹力。（3）凍結(jié)孔布置采納隔熱孔+主排孔凍結(jié)方式，凍結(jié)壁交圈后隔熱孔循環(huán)熱鹽水，防止凍土入荒對已有井壁造成破壞。2、隔熱孔熱鹽水隔熱循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計為有效防止凍土入荒對已有井壁造成破壞，凍結(jié)壁交圈后隔熱孔即循環(huán)熱鹽水。熱鹽水隔熱循環(huán)系統(tǒng)由帶加熱器的4個鹽水箱、、電加熱器共760kW、鹽水泵等組成。首先加熱鹽水箱的鹽水，利用鹽水箱系統(tǒng)，向隔熱孔內(nèi)循環(huán)熱鹽水。并且利用加熱器加熱限制鹽水溫度，限制出水溫度20℃左右，回路溫度在0℃以上。實際施工中依據(jù)須要可以采納鍋爐加熱鹽水作為應(yīng)急措施。3、凍結(jié)孔布置距成品井壁有肯定的平安距離。4、嚴格限制凍結(jié)孔內(nèi)偏。5、正循環(huán)供冷，凍土發(fā)展速度上部較下部慢。凍結(jié)施工的監(jiān)測、監(jiān)控一、凍結(jié)施工的檢測、監(jiān)控方法1、保證井筒凍結(jié)鉆孔質(zhì)量的有效測試手段和方法1.1監(jiān)測內(nèi)容⑴鉆孔偏斜率；⑵鉆孔深度；1.2監(jiān)測方法鉆孔的深度，依據(jù)每個孔鉆具長度來計算其深度；凍結(jié)管下管前地面丈量配管、下管完成后運用測繩測量其深度。凍結(jié)孔偏斜檢測又分為指導(dǎo)鉆時偏斜監(jiān)測（不提鉆測斜）和成孔偏斜檢測。指導(dǎo)鉆進偏斜監(jiān)測，每30m布置1個測點；成孔偏斜每孔必測，上下復(fù)測，對于偏斜及孔間距超過規(guī)定者應(yīng)糾偏。凍結(jié)管進行水壓試漏。1.3監(jiān)測儀器及其精度采納JDT-5A型陀螺儀測斜，其主要技術(shù)參數(shù)見表4-7。表4-7JDT-5A型陀螺儀主要技術(shù)參數(shù)表項目參數(shù)儀器測量范圍0～6°（頂角）頂角測量精度在0～3°時，測量精度為±2′在3°～6°時，測量精度為±4′方位的測量精度在傾角為5°時測試，誤差<5°靜止方位漂移<10°/小時（傾角在0～6°范圍內(nèi)）動態(tài)方位漂移<12°/小時（傾角在0～6°范圍內(nèi)）其他1儀器在0～45℃下能正常工作；2儀器能經(jīng)受150大氣壓水密試驗；3儀器可以在Φ89鉆桿內(nèi)連續(xù)測量，自動顯示、記錄、計算、打印。1.4提交成果資料凍結(jié)孔偏斜總平面布置圖、凍結(jié)管長度及試壓、試漏數(shù)據(jù)記錄表等。2、凍結(jié)壁溫度場及厚度監(jiān)測2.1監(jiān)測目的全面監(jiān)測整個凍結(jié)壁在凍結(jié)過程中的發(fā)展?fàn)顩r，駕馭其施工過程中的溫度分布規(guī)律，正確推斷凍結(jié)壁的交圈時間、厚度、溫度，以便剛好實行相應(yīng)的措施。2.2測溫孔的布置和埋設(shè)測溫孔分別布置在主、界面上。溫度測點在各孔內(nèi)沿垂直方向每隔20～50m左右布置一個測點，或按特別地層測點布置考慮。2.3監(jiān)測儀器及其精度采納國產(chǎn)的CW－500多路數(shù)字溫度采集儀監(jiān)測凍結(jié)溫度。該儀器主要性能：測量最大點數(shù)100個，辨別率0.1℃。該監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度高、性能穩(wěn)。2.4監(jiān)測周期從凍土主動凍結(jié)起先時即進行溫度監(jiān)測，直到井筒凍結(jié)段施工完畢。在主動凍結(jié)過程中，每天監(jiān)測一次，在維持凍結(jié)過程，每1～2天監(jiān)測一次。2.5提交的成果資料數(shù)據(jù)記錄分析表；凍結(jié)壁在不同時期沿深度的溫度分布曲線圖；凍結(jié)壁在不同時期各層位水平方向溫度分布曲線圖；凍結(jié)壁實測厚度隨時間改變曲線。3、工作面井幫溫度監(jiān)測3.1監(jiān)測目的推斷凍結(jié)壁的牢靠性,預(yù)料工作面以下凍土擴展?fàn)顩r,剛好調(diào)整冷量,以保證凍結(jié)壁凍土的擴展或退縮,為挖掘創(chuàng)建良好、平安的施工條件。3.2測點布置及埋設(shè)每個段高開挖區(qū)水平方向沿四周均布4～8個測點，以視察井幫及凍土進入荒徑發(fā)展?fàn)顩r。測量運用半導(dǎo)體單點溫度計，探頭遇凍土?xí)r，采納鉆眼放入測點，未凍土干脆插入土層中測量。3.3測量儀器數(shù)字式單點溫度計，其主要技術(shù)指標為：辨別率0.1℃，測點范圍精度-30～+75℃，精度±0.5℃。3.4監(jiān)測周期依據(jù)開挖狀況實時監(jiān)測，井幫暴露時每段高測量一次或同一地層幾個段高測量一次，必要時應(yīng)增加測量次數(shù)。3.5成果資料數(shù)據(jù)記錄分析表。4、水位監(jiān)測4.1監(jiān)測目的依據(jù)井筒內(nèi)的水位改變狀況，可作為初步推斷凍結(jié)壁是否正常交圈的手段之一。4.2測試儀器及其精度測試儀器采納電測水位儀。水位儀讀數(shù)精度為±1mm，管口高程用精密水準儀定期與基準點聯(lián)測。結(jié)束語：此次凍結(jié)造孔工程的合理支配使得施工過程順當(dāng)有序的進行，為下步的施工奠定了良好的基礎(chǔ)