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        凍結(jié)造孔防斜保直實踐與應(yīng)用

        2014-07-09 01:56:14黎耀斌LIYaobin
        價值工程 2014年23期

        黎耀斌LIYao-bin

        (陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊,韓城715400)

        1 工程概況

        園子溝煤礦位于陜西省寶雞市麟游縣西北部。采用立井開鑿,年產(chǎn)600萬噸,采用“三條立井”單一水平開拓全井田。井筒采用圓形斷面,主井井筒直徑8.20m,井口標高+1118.000m,井筒垂深596m;風井井筒直徑7.50m,井口標高+1119.000m,井筒垂深596m;副井井筒直徑9.20m,井口標高+1117.500m,井筒垂深621m。

        井筒地層由老至新依次為:三疊系中統(tǒng)銅川組(T2t),侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)、中統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a),白堊系下統(tǒng)宜君組(K1y)、洛河組(K1l)、華池組(K1h),第四系全新統(tǒng)(Q4)地層。

        園子溝煤礦主、副、風井三個井筒的凍結(jié)造孔工程,共設(shè)計鉆孔169個,總工程量43327m。

        2 技術(shù)要求

        孔位:開孔孔位與設(shè)計孔位偏差不超過30mm。

        孔徑:孔徑大于所下置凍結(jié)管管徑10~20mm。

        孔深:下管深度必須達到設(shè)計要求,不得有負值。

        鉆孔測斜:為檢查鉆孔偏斜情況,要求每鉆進30~50m測斜一次,在易偏斜地層加密測斜次數(shù),并每隔50m繪制鉆孔實際偏斜方位圖以指導施工。

        鉆孔質(zhì)量要求:鉆孔偏斜率不大于2‰,防片幫孔終孔最大孔間距不大于2.5m,主孔終孔最大孔間距不大于2.9m。

        3 鉆孔防斜技術(shù)

        3.1 設(shè)備安裝質(zhì)量要求 設(shè)備安裝到孔位后,要認真仔細校正鉆孔的中心位置,使轉(zhuǎn)盤中心、鉆孔中心和游動滑車提升中心成“三點一線”,然后對設(shè)備進行水平穩(wěn)固安裝,保證開孔垂直度和中心點。

        3.2 選擇合理的鉆具組合 要選擇井下專用鉆具組合,開孔的粗徑鉆具同心度要高,增強鉆具的穩(wěn)定度和導向性,從而減小孔壁縫隙及下部鉆具彎曲,避免斜孔。鉆具組合:φ190mm 鉆頭+φ159mm 鉆鋌(3-5根)+φ89mm 鉆桿+133mm方鉆桿。

        3.3 鉆具要求 鉆具質(zhì)量達標;鉆具連接后同心度要高,開孔所用的粗徑鉆具長度要求30-40m。

        3.4 嚴格控制鉆進技術(shù)參數(shù) 鉆進時,依據(jù)進尺速度和鉆孔柱狀圖把握鉆層,換層鉆進時調(diào)整鉆壓,當軟層轉(zhuǎn)變?yōu)橛矊訒r適當降低鉆壓,鉆進0.5m后恢復正常;當硬層轉(zhuǎn)變?yōu)檐泴訒r適當減小壓力,降低鉆速。要掌握鉆速和泵量。在砂層中鉆進,鉆速要快給進;在粘土層中鉆進,鉆速要慢給進;在基巖中鉆進,要采用高鉆壓低鉆速;在下鉆接近孔底時慢放,不能使用墩鉆,且孔底鉆壓是鉆鋌在孔內(nèi)總重量的75%~80%,使用懸吊鉆進。

        4 測斜方法

        園子溝凍結(jié)造孔工程測斜方法為:0~100m段使用光學對點器測斜(燈光測斜),100m以下井段使用JDT-VA型陀螺測斜儀測斜。

        4.1 燈光測斜 0~100m段,采用經(jīng)緯儀及其配套設(shè)施進行。

        4.2 陀螺測斜 100m以下井段測斜采用JDT-VA型陀螺儀測斜。正常鉆進每30~50m布置一個測點,并根據(jù)實際情況作適當?shù)臏y點調(diào)整。在表土層和巖石的交界面要另外布置一個測點,且在容易偏斜地層增加測點。陀螺儀測斜同一點,必須上下復測,發(fā)現(xiàn)疑點要重新測量,確保測斜資料的可靠性。

        5 糾斜技術(shù)

        在園子溝凍結(jié)造孔工程中采用的是JDT-5A型陀螺定向儀配合5LZ146×7.0型和5LZ130×5.0型螺桿鉆具定向糾偏。

        5.1 螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)及工作原理 螺桿鉆具主要由南旁通閥、馬達、萬向軸和傳動軸構(gòu)成。南旁通閥在馬達的上面,主要有闋體、閥芯、閥座、彈簧和濾套等部件,作用是在起下鉆時,連接鉆柱內(nèi)外空間,保持內(nèi)外壓力平衡;馬達是螺桿鉆具的動力結(jié)構(gòu),它通過泥漿的沖刷,使轉(zhuǎn)子在定子中偏心轉(zhuǎn)動,把泥漿壓力轉(zhuǎn)化為機械能;萬向軸主要是把馬達傳輸出的偏心轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為定軸轉(zhuǎn)動;傳動軸的功能是把萬向軸傳輸過來的運動傳給下面的鉆頭。

        螺桿鉆具的工作原理就是把液體的壓力能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動的機械能,帶動下面的鉆工進行向鉆孔偏斜的反方向造斜工作,實現(xiàn)糾斜打直。

        5.2 定向糾斜鉆具組合 φ190mm鉆頭+螺桿鉆具(5LZ146-7.0)+φ159mm鉆鋌(1根)+φ89mm鉆桿+133mm方鉆桿。

        5.3 螺桿鉆具糾偏的影響因素 地層、定向設(shè)計安裝角、鉆進參數(shù)等都會影響到螺桿鉆具糾偏打效果。具體來說,定向精度決定糾偏成敗,糾偏鉆進時彎接頭度數(shù)和鉆進段長度都會影響糾偏效果。所以為了保證糾偏質(zhì)量,要做到下面幾點:①鉆孔測斜必須仔細精確,保證定向質(zhì)量,并全面研究鉆孔偏斜情況,提出相適應(yīng)的定向方案或設(shè)計。②螺桿鉆具的彎曲度進行嚴格的控制,一般來說,凍結(jié)造孔工程一般采用1°,1.25°,1.5°的螺桿鉆具進行糾偏工作。③使用陀螺定向儀定向時,要按照規(guī)范要求操作,避免誤差。④嚴格控制鉆進參數(shù)和定向長度,鉆壓控制在8000~12000N,定向段長度4~7m。⑤嚴格進行糾偏后的測斜工作,根據(jù)測斜結(jié)果采用相應(yīng)的穩(wěn)斜鉆具組合和鉆進參數(shù)。穩(wěn)斜鉆進鉆具組合是:Φ190mm三牙輪鉆頭+Φ159mm鉆鋌(1根)+Φ89mm鉆桿+立軸。

        5.4 螺桿糾斜鉆進優(yōu)點 鉆桿可以不轉(zhuǎn)動,這樣可以減少鉆桿疲勞和磨損,減少鉆桿折斷事故,同時減少鉆桿與孔壁摩擦造成的井徑擴大、坍塌掉塊及卡鉆事故。對地層適應(yīng)廣;既可用于硬、堅硬的完整地層,也可用于破碎地層、第四系松軟及中硬、軟硬不均地層造斜。

        5.5 偏心楔造斜工具 偏心楔定向糾斜鉆進時,一次下楔的最大全彎曲角受楔頂角限制,如果偏斜孔段有急彎—“狗腿彎”,且難以實現(xiàn)同徑糾斜。造斜一次耗鉆時長,造斜和鉆進效率低,造斜后的后續(xù)鉆進困難大,一般不太實用。

        5.6 無楔機械式連續(xù)造斜工具 可實現(xiàn)同徑糾斜定向,造斜糾斜平穩(wěn)無大“狗腿彎”,造斜糾斜強度在一定范圍內(nèi)可調(diào),造斜糾斜彎曲度可以達到較大值,且效率高、配備器具少。

        6 沖洗液選擇

        因凍結(jié)造孔鉆探施工不取芯,且在孔直的情況下要保證工期快速鉆進,所以鉆進時巖粉顆粒較大,要求沖洗液懸浮和攜帶巖粉顆粒能力要強,具體配方為:1m3水+土粉10-15%+0.2%NaoH+0.8-1%CMC+(200PPM)PHP,其中PHP水解度為30%,沖洗液性能指標見表1。

        表1 沖洗液性能指標

        7 結(jié)束語

        井斜的糾斜方法還有人工墊塔法和移塔法,但是沒有運用工器具效果明顯。凍結(jié)造孔井斜的糾斜是鉆井施工中的一大難題,在運用相關(guān)防斜打直技術(shù)時,要把地層、鉆具組合、鉆進參數(shù)等影響因素綜合考慮,根據(jù)不同地區(qū)的具體情況,采用合理有效的防斜打直措施,提高鉆進質(zhì)量。

        [1]唐超民.凍結(jié)造孔法施工工藝淺談[J].企業(yè)家天地,2007(08).

        [2]韓曉明,李晶巖,蔡永安.淺談礦井建設(shè)中的凍結(jié)造孔法施工工藝[J].今日科苑,2009(18).

        [3]王宗金.淺談凍結(jié)孔施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2008(02).

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