鄭翔鰨

摘要:本文通過對朱集西矸石井鉆井法鑿井工藝的優(yōu)化，采用國內(nèi)先進(jìn)的一鉆成井安全快速高質(zhì)地完成了矸石井井筒的施工?，F(xiàn)將施工中得出的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析，以供借鑒。

中圖分類號：TD262文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00

1 國內(nèi)外鉆井技術(shù)概況

國外從十九世紀(jì)開始采用鉆井法開鑿井筒，在西歐至20世紀(jì)中葉，用霍爾格曼鉆機(jī)鉆了40余個(gè)井筒，但一般鉆井直徑都較小，鉆井深度較淺，最大鉆井直徑7.53m，深度422m。前蘇聯(lián)采用各種鉆井機(jī)先后鉆鑿170個(gè)井筒，其中20世紀(jì)50年代研制的y3TM型分級擴(kuò)孔鉆機(jī)，設(shè)計(jì)可在較軟巖層鉆直徑8.75m，深800m的井筒。美國由于地下核實(shí)驗(yàn)的需要，曾采用鉆井法鑿了數(shù)百個(gè)直徑1.2m～1.8m的實(shí)驗(yàn)井，最深達(dá)1700m。美國休斯公司上世紀(jì)80年代研制CSD-300型鉆機(jī)，設(shè)計(jì)最大鉆井直徑6.0m，最大鉆井深度600m，但僅在澳大利亞西部的鎳礦巖層中，鉆成一個(gè)直徑4.267m，鉆深663m的風(fēng)井。上面所說的采用一鉆成井技術(shù)施工的井筒直徑都在4.0m以內(nèi)，直徑超過4.0m的井筒，多采用分級鉆井施工。

我國鉆井法鑿井從上世紀(jì)50年代開始研究，1969年在淮北礦區(qū)朔里南風(fēng)井成功地鉆鑿了我國第一個(gè)煤礦井筒，直徑為4.3m，深度為92.5m。70年代，我國采用石油配套設(shè)備改制的鉆機(jī)先后建成了十多個(gè)煤礦井筒。但一般直徑較小，深度較淺。之后我國先后研制了ND-1、BZ-1、SZ-9/700、AS-9/500等型煤礦豎井專用鉆井機(jī)，最大提升力為300t，轉(zhuǎn)盤扭矩300KNm，鉆井直徑9.0m，鉆深700m；80年代，我國從德國引進(jìn)了兩臺L-40/800型鉆井機(jī)，鉆機(jī)設(shè)計(jì)最大鉆井直徑8.0m，鉆井深度600m，提升能力300t，轉(zhuǎn)盤扭矩420KNm，但超前鉆孔直徑均未超過4.0m。2008年，我國采用自行研制的AD130/1000型豎井鉆機(jī)采用一鉆成井技術(shù)完成了淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店一礦南風(fēng)井井筒的施工，該井鉆井直徑7.1m，鉆井深度301m，為世界上采用一鉆成井技術(shù)完成的鉆井直徑最大的井筒。

2 井筒概況

朱集西煤礦是由皖北煤電集團(tuán)有限公司開發(fā)的大型煤礦。位于安徽省淮南市潘集區(qū)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)煤400萬t，是目前安徽省年產(chǎn)量最高的大型煤礦之一。朱集西煤礦矸石井設(shè)計(jì)鉆井直徑7.7m，鉆井深度545m，比袁店一礦南風(fēng)井深244m，鉆井直徑大0.6m。井筒穿過表土層469.55m，穿過巖石地層75.45m。是一鉆成井技術(shù)的又一次大跨越，是我國鉆井法鑿井技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的又一里程碑。

2.1地質(zhì)條件

根據(jù)朱集西煤礦勘察地質(zhì)柱狀圖，可以看出，朱集西煤礦風(fēng)井地質(zhì)條件非常復(fù)雜。表土段粘性強(qiáng)，遇水膨脹性強(qiáng)，極易產(chǎn)生膨脹、縮徑、卡鉆和泥包鉆頭；巖石段極不穩(wěn)定，硬度大，產(chǎn)生掉塊和塌邦，造成掉鉆和卡鉆。

2.2鉆井設(shè)計(jì)方案及鉆進(jìn)情況

原設(shè)計(jì)鉆井方案為超前鉆孔直徑為6.0m，第1級擴(kuò)孔為φ7.7m。根據(jù)袁一風(fēng)井的施工經(jīng)驗(yàn)，將鉆進(jìn)方案優(yōu)化為φ7.7m一鉆成井。該井自2008年11月26日開鉆至2010年1月1日鉆進(jìn)工作全部結(jié)束，總鉆進(jìn)時(shí)間401天（扣除施工影響11天，實(shí)際為390天），平均鉆進(jìn)速度為42.6m/月。

3 施工過程中采取的主要措施

鉆井法鑿井全部工程在地面操作，鑿井工人不需下井，是一種施工機(jī)械化水平最高，施工準(zhǔn)備期短，用電負(fù)荷低，安全可靠，勞動條件好，工程成本低，工程質(zhì)量好，技術(shù)先進(jìn)的井筒特殊施工方法。根據(jù)該井筒的設(shè)計(jì)參數(shù)和地質(zhì)條件，為保證朱集西煤礦矸石井的順利施工，在施工過程中采取了如下措施：

3.1設(shè)備改造及技術(shù)研究

根據(jù)矸石井的地層賦存特征、井筒的設(shè)計(jì)參數(shù)及鉆機(jī)的技術(shù)性能和使用情況，決定選用AD130/1000型豎井鉆機(jī)，為了確保項(xiàng)目的順利實(shí)施，我們進(jìn)行了鉆機(jī)和配套設(shè)備的改造工作，主要有：

（1）鉆機(jī)改造：為滿足深大型井筒鉆井要求，保證鉆進(jìn)作業(yè)的正常、高效、低故障率，我們與洛陽礦山機(jī)械研究院聯(lián)合對AD130/1000型鉆機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，對液壓系統(tǒng)、機(jī)械手、西門子S7-300PLC電控程序進(jìn)行了改造大大提高了鉆機(jī)的整體性能。

（2）鉆機(jī)安裝方法改進(jìn)：AD130/1000型豎井鉆機(jī)安裝、拆除時(shí)都需要用到100t大型吊車，同時(shí)還需要2臺40t吊車配合才能完成，安裝成本高，時(shí)間長。通過在井架上部加設(shè)頂升支座，用油缸通過兩次頂升便可完成安裝、拆除工作，大大簡化了安裝、拆除工序，降低了施工成本。

（3）鉆具系統(tǒng)改造：采用φ6.0m鉆頭改制φ7.7m全斷面鉆頭，根據(jù)原φ6.0m鉆頭刀具布置情況，對改制后的φ7.7m鉆頭的刀具重新進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，確保鉆井效率。

（4）門式起重機(jī)電纜卷筒的改造：原300t門式起重機(jī)電纜卷筒在收放電纜時(shí)用的是同一力矩、用一方向，設(shè)計(jì)時(shí)只按收纜力矩考慮，未考慮放纜力矩，容易拉壞電纜。通過改進(jìn)，將收纜、放纜分開調(diào)速，使電纜收放自如，安全。

（5）選配混凝土自動攪拌站和混凝土輸送泵：泵輸送砼作為一種自動化程度很高的砼輸送工藝，已廣泛應(yīng)用于房屋建筑、道路與橋梁、市政公用、港航等諸多建設(shè)領(lǐng)域。而在煤炭建設(shè)特別是鉆井法施工領(lǐng)域，該工藝近幾年才被引入。

3.2泥漿固化處理

鉆井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄鉆井液是一種含粘土(膨潤土)及鉆屑的穩(wěn)定膠態(tài)懸浮物體，具有高懸物固體、高粘度、PH值中性的流體。因鉆井施工產(chǎn)生的泥漿量非常大，直接排放會對土壤、水體、污水處理廠產(chǎn)生不良影響，并危及周圍生態(tài)環(huán)境，甚至可能造成污染事故。采用就地存放方法不僅占地面積大、污染環(huán)境, 而且影響后繼工程正常進(jìn)行，同時(shí)存在大量的安全隱患，浪費(fèi)了國家寶貴的土地資源。為改變泥漿高污染、占地大的現(xiàn)狀，我們應(yīng)用泥漿固化處理技術(shù)將鉆井產(chǎn)生的廢漿液經(jīng)接收池緩沖沉降，經(jīng)污泥泵提升進(jìn)入污泥破穩(wěn)一體化裝置加藥處理，通過加壓泵強(qiáng)制固液分離，脫水污泥進(jìn)入污泥池自然干化后就地填埋，污水進(jìn)入污水沉降池沉降處理回用或達(dá)標(biāo)排放。該項(xiàng)目的實(shí)施，將改變以往處理泥漿的方法，從根本上破壞泥漿的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并對其進(jìn)行固化處理，做到達(dá)標(biāo)排放，從而減少土地的占用和對環(huán)境的污染，同時(shí)還可降低安全風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約施工成本，對鉆井法施工今后的發(fā)展具有重要意義。

3.3優(yōu)化施工工藝和鉆井參數(shù)

針對朱集西煤礦矸石井特點(diǎn)，經(jīng)過多次反復(fù)研究，在認(rèn)真總結(jié)以往鉆井施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)制定了朱集西煤礦矸石井鉆進(jìn)施工的施工組織設(shè)計(jì)和安全技術(shù)措施。根據(jù)地層變化的特點(diǎn)，確定合理的鉆壓、鉆速、扭矩、泥漿沖洗量等一系列鉆井參數(shù)。在施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際發(fā)現(xiàn)新情況、新問題及時(shí)調(diào)整和完善相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)，不斷摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而既保證了較快的鉆進(jìn)速度，又保證了安全順利施工。

3.4泥漿護(hù)壁與控制技術(shù)

鉆進(jìn)過程中，使用泥漿臨時(shí)支護(hù)井邦，反循環(huán)洗井排渣，地面泥漿重力沉淀、旋流器除砂的排矸凈化裝置。泥漿性能參數(shù)的確定，不僅與地質(zhì)因素有關(guān)，也與測井、井壁下沉、壁后充填等施工工藝密切相關(guān)，而且各項(xiàng)性能參數(shù)之間是互相關(guān)聯(lián)、互相制約、互相依賴的。我們根據(jù)該井井深，巖石層厚，泥漿性能參數(shù)波動范圍大，控制參數(shù)難等特點(diǎn)，研究制定了各施工工序的泥漿參數(shù)和控制指標(biāo)。由于該井鉆井深度達(dá)545m，井壁節(jié)數(shù)達(dá)106節(jié)，井壁下沉和充填時(shí)間長，為保證井壁安全順利下沉和壁后充填質(zhì)量，采用加鈉羧甲基纖維素降調(diào)整泥漿的穩(wěn)定性和膠體率。通過對泥漿的精心處理和維護(hù)，在鉆井期間，保證了井邦的穩(wěn)定，提高了鉆井效率；在井壁下沉和充填期間，保證了井壁的順利下沉和充填置換的效果，確保了成井的質(zhì)量。

3.5工程完成情況

朱集西煤礦矸石井從2008年11月底開鉆，于2010年1月完成鉆井施工任務(wù)。成井質(zhì)量優(yōu)良，成井偏值172mm，偏斜率0.319‰，有效圓直徑φ5.085m；符合國家規(guī)范的規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，且無漏水現(xiàn)象。

朱集西煤礦矸石井采用一鉆成井技術(shù)的成功，創(chuàng)造了國內(nèi)一鉆成井深度和直徑的記錄，在世界同行業(yè)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。