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        老舊礦井施工大口徑立孔施工工藝及事故處理方法

        2021-11-09 07:58:36耿燕文張廣生
        山東煤炭科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:施工

        耿燕文 張廣生

        (山東能源臨礦集團邱集煤礦,山東 德州 251105)

        山東省邱集煤礦有限公司成功解放黃河北煤田11、13 煤層。下組煤頂?shù)装搴畬痈凰源?,煤礦原有排水系統(tǒng)不足以支撐后期礦井涌水量,,需要升級改造礦井水害應(yīng)急災(zāi)害防治系統(tǒng)[1-3]。

        1 主要技術(shù)要求

        鉆孔設(shè)計二開結(jié)構(gòu),一開孔徑650 mm,二開孔徑510 mm。鉆孔偏斜率應(yīng)控制在千分之五以內(nèi),鉆孔終孔偏斜不大于2.0 m。

        固井完成后進行注水試壓,要求壓力達到10 MPa,30 min 內(nèi)壓力降幅小于0.5 MPa。

        2 孔位選擇

        該孔終孔深度417 m,孔內(nèi)自然壓力加泥漿比重至孔底壓力5.3 MPa 左右,此孔成井后會進行打壓試驗,要求壓力達到10 MPa。因此,孔底位置需離巷道幫一定的距離,防止泥漿壓垮巷道幫及頂板,造成廢孔。因地面條件限制,孔口選擇礦區(qū)500 m范圍內(nèi)。井下巷道形成多年,錯綜復(fù)雜,經(jīng)過對井下巷道支護情況、原有巖應(yīng)力、封閉巷道等排查,最終該孔孔位定于礦西側(cè),孔底位置離巷道幫12 m。

        3 鉆探施工工藝

        該孔孔徑大,需要采取分級擴孔的方式施工,先導(dǎo)鉆孔施工完成后進行擴孔。為保證擴孔垂直度,采取同徑鉆具導(dǎo)向鉆進的方法進行擴孔。

        一開鉆進:先使用Φ311 mm 牙輪鉆頭鉆至基巖面下5 m,然后使用Φ445 mm 擴孔鉆頭加Φ311 mm 導(dǎo)向鉆頭擴至孔底,再使用Φ650 mm+Φ445 mm 組合牙輪鉆頭擴孔到位。

        二開鉆進:使用Φ311 mm 牙輪鉆頭鉆至終孔417 m(孔口至巷道底板深度415 m,多鉆進2 m 作為沉積巖粉用),使用Φ445 mm+Φ311 mm 導(dǎo)向鉆頭擴孔至417 m,再使用Φ510 mm+Φ445 mm組合牙輪鉆頭擴孔至417 m。

        4 問題解決

        在進行二開擴孔時,使用Φ445 mm 擴孔鉆頭+Φ311 mm 導(dǎo)向鉆頭施工。在擴孔至360 m 時,巖層為粉砂巖,巖性較硬,施工時導(dǎo)向鉆頭在孔內(nèi)為懸空狀態(tài),擴孔鉆頭產(chǎn)生跳鉆現(xiàn)象,需制作一種打撈鉆頭的裝置,提出一種鉆頭打撈方法。

        制作方法:

        (1)制作打撈筒?,F(xiàn)場二開套管管徑(426 mm)與鉆孔孔徑及鉆頭大小合適,切割一段長度為2 m 的套管;將現(xiàn)場鉆桿公錐端進行切割,制作連接桿,長度2 m;切割圓盤一個,加工加固矯正盤,直徑與套管內(nèi)徑尺寸一致;將矯正盤與連接桿進行焊接,要保證矯正盤平面與連接桿垂直;焊接完成后塞進套管內(nèi),連接桿公錐端露出套管外1 m 左右;在套管上部兩面開窗,將加固矯正盤與套管進行焊接,焊接完成后焊接套管開窗部位。

        (2)套管下部切割楔形狀干抓。切割楔形狀干抓時,切割的尺寸根據(jù)套管的材質(zhì)及壁厚來決定。本套管為直徑426 mm、壁厚8 mm 的剛性直筒,在直筒下部共切割高度70 cm、寬度9 cm 的楔形狀干抓7 個,干抓之間間隔10 cm,形狀上寬下窄。上寬是有一定的抗壓能力,下窄是為了加大鉆壓下壓時,楔形狀干抓收縮,便于抓住鉆頭。

        (3)下打撈裝置前,先下趟鉆桿,精確丈量鉆具,確定好鉆頭掉落位置,精確測量孔深,將打撈裝置下到孔底后,根據(jù)裝置收縮距離判斷是否將鉆頭包進打撈裝置內(nèi)。

        (4)鉆具連接打撈裝置絲杠上頭公錐,開始緩慢下鉆,下鉆途中如果有輕微遇阻,緩慢轉(zhuǎn)動鉆機轉(zhuǎn)盤,遇阻時不要加壓下鉆,以防打撈裝置變形。

        (5)當鉆頭打撈裝置下放到接近鉆頭掉落位置時,加大鉆壓下壓,切割的楔形狀干抓接觸到孔底,由于壓力增大,向里收縮,把鉆頭包進去,取出掉落進孔內(nèi)的鉆頭。

        (6)緩慢提鉆,嚴禁生拉硬拽,以防鉆頭碰到孔壁,造成鉆頭二次脫落。

        經(jīng)過4 h 的打撈,成功將鉆頭取出,保住了本孔的成孔。該項裝置獲得實用新型專利。打撈筒如圖1 所示。

        圖1 打撈筒示意圖

        5 下管及固井施工工藝

        5.1 下管

        (1)在下入套管前,必須用與套管管徑一樣的順孔器進行長時間順孔。順孔暢通無阻后,進行循環(huán)沖孔,將孔內(nèi)巖粉徹底循環(huán)干凈,方可下管。(2)出廠前每根套管一端打磨長2 cm、角度45°的坡口,便于焊接。每根套管在起吊前,在套管一端1.0 m 處割2 個直徑10 cm 的穿杠眼。套管下入方式采用鉆機天輪連接套管穿桿的方式下管。第一根套管下進孔內(nèi)后,穿桿橫在轉(zhuǎn)盤面上,松開鋼絲繩套,起吊下根套管。兩根套管對接用水平移找正,使用正規(guī)焊條,焊滿坡口。每個焊口焊接3 遍,套管焊接要垂直、牢固。焊完套管對接處后,鉆機提吊,抽出穿桿,焊接串杠眼。下管過程中應(yīng)精心操作,密切配合,嚴防工具和其他異物落入井內(nèi)。(3)一開套管的下入:套管下入深度320 m,套管規(guī)格Φ530 mm×8 mm,重量35 t,使用一般鉆機提調(diào)法下入。一開套管為護壁管,為避免地層軟造成縮徑,需加快焊接速度,焊接方式采用二保焊。(4)二開套管的下入:套管下入前,在第一根套管底加裝錐形木塞,錐尖朝下,用于套管下放過程中引斜及減少刮壁遇阻。二開套管下入深度417 m,套管規(guī)格Φ426 mm×12 mm,重量42.37 t,使用一般鉆機提調(diào)法下入。下入二開套管因數(shù)量多、自重大,在下入二開套管第8 根上部,焊接浮力閥,防止超過升降機負荷。二開套管為技術(shù)套管,焊接質(zhì)量要求高,焊接方式為手工電弧焊,焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑、裂紋、電弧擦傷等缺陷,嚴格按國家焊接標準施工。

        5.2 固井施工工藝

        5.2.1 固井方式

        一開套管固井:第一根套管底部1.5 m 處制作4 個直徑5 cm 的返漿眼;套管下入預(yù)定位置后,固定到位,下入鉆桿到孔內(nèi)離孔底位置10 m 左右,封閉孔口;先壓清水3 m3,然后泵入水泥漿,讓孔內(nèi)泥漿與水泥漿隔開;水泥漿平均密度不低于1.80 kg/cm3,水泥漿上返至地表,候凝72 h。

        二開套管固井:套管底部同樣制作返漿眼,下到孔底后,先下鉆把焊接的浮力閥掃開,然后固井,侯凝72 h。

        5.2.2 質(zhì)量驗證

        二開固井侯凝72 h 后,下鉆掃水泥塞,掃塞至415 m(巷道底板處)提鉆,檢測固井質(zhì)量;下入方鉆桿,封閉孔口,用泥漿泵注入清水進行打壓試驗。

        6 工藝效果分析

        經(jīng)過100 余天的施工,該孔圓滿完工。在垂直度方面根據(jù)防斜保直措施及優(yōu)化鉆具組合,該孔終孔偏斜1.27 m,滿足設(shè)計要求。在下設(shè)一、二開套管時,根據(jù)下管、焊接措施,順利將套管下入孔底設(shè)計位置,并完成固井。侯凝72 h 后進行打壓試驗,孔壓10 MPa,30 min 內(nèi)壓力降幅小于0.5 MPa,該孔驗收合格。

        7 注意事項

        (1)施工直排水鉆孔礦井一般都是回采一定年限的礦井,巷道形成多年,孔底位置要離巷道幫10 m 以上,以免孔內(nèi)漿液壓力壓垮巷道,造成廢孔。

        (2)鉆進過程中,嚴格控制測斜距離,發(fā)現(xiàn)測斜超差,立即停止施工,進行糾斜,成功后方可繼續(xù)鉆進。

        (3)擴孔時,擴孔鉆頭前面加裝導(dǎo)向鉆頭,導(dǎo)向鉆頭在先導(dǎo)孔內(nèi),不吃勁。遇硬地層時,出現(xiàn)跳鉆現(xiàn)象,兩鉆頭如果連接不牢靠,就會造成導(dǎo)向鉆頭脫落,以后再施工同類型鉆孔時將導(dǎo)向鉆頭換成導(dǎo)向管,與擴孔鉆頭進行焊接。

        (4)下入套管前,順孔器順孔要徹底,以免在下管過程中造成卡管。

        (5)下套管時如果出現(xiàn)卡管現(xiàn)象,上提下放沒有效果,立即提出,割開套管,重新順孔下管,不要猶豫,以防孔內(nèi)縮徑、泥漿吸附卡住套管,造成套管下入不到位,成為廢孔。

        (6)焊接套管時要嚴格把控焊接質(zhì)量,以防漏水。

        8 結(jié)語

        邱集煤礦地面直排水鉆孔安全施工完成,并在鉆孔垂直度、下設(shè)套管、固井打壓等方面達到設(shè)計要求。該孔為黃河北煤田第一個直排水鉆孔,為后續(xù)的同類型鉆孔施工積累了經(jīng)驗。

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