高法民，于 雷，李延才，高東升，張茂增

（梁寶寺能源有限責(zé)任公司， 山東嘉祥縣 272404）

三灰觀測(cè)孔穿越厚層泥巖施工技術(shù)應(yīng)用

高法民，于 雷，李延才，高東升，張茂增

（梁寶寺能源有限責(zé)任公司， 山東嘉祥縣 272404）

梁寶寺礦井在三灰孔施工過(guò)程中需穿過(guò)較厚的泥質(zhì)粘土巖，經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、糊鉆、斷鉆桿的現(xiàn)象。針對(duì)此種情況，結(jié)合梁寶寺煤礦3301工作面67號(hào)三灰觀測(cè)孔施工實(shí)際情況，研究應(yīng)用了穿過(guò)厚粘土層施工三灰觀測(cè)孔技術(shù)。通過(guò)改進(jìn)鉆具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化施工工藝、更換沖洗液等綜合措施，使三灰觀測(cè)孔施工成功率由原來(lái)的89%提高至95%以上，減少了鉆探事故，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，大大提高了工作效率。

泥巖；粘土層；三灰觀測(cè)孔；施工工藝

1 梁寶寺煤礦地質(zhì)概況

梁寶寺煤礦是肥城礦業(yè)集團(tuán)在巨野煤田投資新建的第一座大型現(xiàn)代化礦井，主采煤層為位于山西組中、下部的3煤層，3煤層下距太原組三灰平均60m。梁寶寺礦井三灰為石炭系上統(tǒng)太原組穩(wěn)定巖層，自太原組頂界至六灰主要由粉砂巖及泥巖組成。此段泥巖常出現(xiàn)在2至5層，厚度為0.6～20 m，有膨脹度高、粘結(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

三灰?guī)r溶裂隙含水層是影響礦井可采煤層回采的主要含水層，厚度為4.8～5.2m，平均5.1m，上距可采煤層3煤層平均60m；三灰單位涌水量為0.0121～0.1338L／s.m，富水性不均一，為弱至中等。為查明礦井各采區(qū)不同水文塊段內(nèi)三灰的富水性、水壓、水量及隔水層厚度等水文地質(zhì)情況，掌握三灰的水文地質(zhì)特征，加大其疏放水量，保證采區(qū)內(nèi)煤層的安全開采，各工作面回采前必須施工三灰觀測(cè)孔。由于礦井地處平原地區(qū)，三下壓煤情況嚴(yán)重，投產(chǎn)工作面多為條帶式開采，搬家撤面頻繁，所以工作面三灰觀測(cè)孔的施工也較多。

2 三灰觀測(cè)孔施工過(guò)程中遇到的問題

通過(guò)對(duì)建礦以來(lái)施工的所有三灰觀測(cè)孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)梁寶寺礦三灰觀測(cè)孔施工成功率為89%，考慮到三灰觀測(cè)孔施工周期長(zhǎng)、鉆孔深、一次性投入大，每次打鉆投入的材料都是不可回收的，不高的成功率造成了相當(dāng)程度的人力及材料浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題在于煤層底板至三灰間的泥巖粘土層難以穿越。影響鉆孔順利穿越粘土層的主要因素有以下3點(diǎn)。

（1）沒有合適的鉆具。常規(guī)鉆具對(duì)于泥巖層的穿越效果較差，過(guò)泥巖時(shí)極易造成塌孔、斷鉆桿，對(duì)三灰孔施工成功與否關(guān)系重大。

（2）鉆探用料不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況。采用常規(guī)的高壓清水當(dāng)沖洗液，泥巖遇水膨脹，難以沖出，是造成鉆探事故的重要原因之一。

（3）地質(zhì)條件復(fù)雜。井下現(xiàn)場(chǎng)斷層的互相牽引，泥巖被撕扯得支離破碎、粘結(jié)性相當(dāng)高，是造成鉆探事故的主要原因。

3 三灰觀測(cè)孔施工方法改進(jìn)應(yīng)用實(shí)踐

結(jié)合梁寶寺礦3301工作面軌道順槽第67號(hào)三灰觀測(cè)孔施工情況，具體說(shuō)明三灰觀測(cè)孔施工新工藝的應(yīng)用情況。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

梁寶寺3301綜放工作面標(biāo)高－899～－936 m，該面3煤為氣煤，總厚度為5.0～7.2m，平均6.5m，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，煤層傾角為7°～14°，平均11°，煤層普氏硬度系數(shù)f＝1.8。工作面掘進(jìn)期間共揭露23條斷層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。且從3301工作面施工三灰觀測(cè)孔，需穿越3層泥巖粘土層，其中最厚的一層泥巖達(dá)4m，加之打鉆區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，泥巖呈破碎狀態(tài)，粘結(jié)性極高，如仍然采用常規(guī)的打鉆沖孔方法施工，極易造成鉆孔失敗。

3.2 三灰觀測(cè)孔施工技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.2.1 合理設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)

三灰觀測(cè)孔的施工原則是盡量避開構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，減少穿越泥巖厚度。根據(jù)這一原則，在達(dá)到防治水要求的前提下，應(yīng)盡量避開斷層破碎帶，實(shí)行大傾角施工，減少穿越泥巖厚度。綜合考慮沖孔及鉆探機(jī)具性能，67號(hào)三灰觀測(cè)孔設(shè)計(jì)鉆探傾角為－45°，鉆孔直徑75mm，鉆孔深度122m（見圖1）。

圖1 67號(hào)三灰觀測(cè)孔施工參數(shù)示意

3.2.2 優(yōu)化施工工藝

由于鉆進(jìn)經(jīng)過(guò)的泥巖層具有極強(qiáng)的粘結(jié)性、阻水性且厚度較大，鉆進(jìn)泥巖過(guò)程中如用高壓清水沖洗鉆孔極易造成泥巖粘結(jié)鉆頭、粘土膨脹卡鉆、糊鉆等鉆探事故。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在應(yīng)用了各種沖洗液材料后，發(fā)現(xiàn)在高壓水中摻入膨潤(rùn)土作為沖洗液對(duì)泥巖層來(lái)說(shuō)效果很好，因膨潤(rùn)土光滑、吸附性極強(qiáng)，與粘土相溶性差，可以在粘土不膨脹的情況下很好地將泥巖帶出。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地點(diǎn)的巖性特征，具體制定出操作步驟。尤其當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)至泥巖粘土層時(shí)，及時(shí)在高壓水中摻入適量膨潤(rùn)土作為沖洗液，防止粘土層膨脹粘鉆。同時(shí)要加快施工進(jìn)度，三班施工人員現(xiàn)場(chǎng)交接班，做到停人不停鉆，盡快鉆過(guò)泥巖層，最大限度地防止在鉆進(jìn)泥巖層過(guò)程中出現(xiàn)卡鉆、吸鉆現(xiàn)象。

3.2.3 改進(jìn)鉆具結(jié)構(gòu)

據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，發(fā)現(xiàn)以往三灰孔過(guò)泥巖層失敗大半情況下是泥巖段過(guò)去了，鉆頭在前鉆進(jìn)另一個(gè)層位時(shí)，泥巖段的鉆桿旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)泥巖加之有水，使泥巖“抱”住鉆桿導(dǎo)致斷鉆桿事故。通過(guò)以上原因的剖析，本文認(rèn)為保證泥巖段鉆孔的孔徑是確保鉆孔繼續(xù)鉆進(jìn)的關(guān)鍵。因此決定在穿過(guò)泥巖段的鉆桿接頭上焊接三道合金翼，使其接頭直徑達(dá)到90mm，只在泥巖段使用，確保每2m掃擴(kuò)孔一次（每根鉆桿長(zhǎng)2m），有效將泥巖排出的同時(shí)保證泥巖段鉆孔孔徑比其他巖層處孔徑略大，可有效預(yù)防泥巖“抱”住鉆桿。

采用以上施工工藝后，3301工作面軌道順槽67號(hào)三灰觀測(cè)孔在45天的施工時(shí)間內(nèi)，未出現(xiàn)過(guò)一次吸鉆、卡鉆及斷鉆桿事故。尤其是在穿過(guò)三段泥巖粘土層時(shí)，由于施工工藝先進(jìn)，采取措施得力，有效地確保了成功穿越粘土層。同樣采用上述施工技術(shù)，礦山又在3408工作面、3404工作面、－708北翼回風(fēng)等地點(diǎn)成功施工了7個(gè)三灰觀測(cè)孔，施工成功率達(dá)到了100%，沒有出現(xiàn)一例鉆探事故。

4 結(jié) 論

根據(jù)梁寶寺井下實(shí)際情況，總結(jié)改進(jìn)了原有的三灰觀測(cè)孔施工技術(shù)并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，成功率達(dá)100%。在提高工作效率的同時(shí)，保證了礦山各采區(qū)各工作面及時(shí)、順利安全地安裝回采，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，避免了不必要的材料浪費(fèi)，為礦山安全生產(chǎn)提供了保障。

［1］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦防治水規(guī)定［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

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2011－11－19）

；高法民（1962－），男，山東濟(jì)南人，研究員，總工程師，主要從事礦井開采及一通三防方面的技術(shù)研究。