赵集煤矿主井井筒检查孔施工技术

陈敏虹，胥 翔

(1.安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽宿州234000;2.安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000)

赵集煤矿位于安徽省蒙城县境内东北约20 km。施工井检孔的目的是在原地质资料的基础上为进一步验证该实井筒位置的工程地质和水文地质条件，为建井工程和施工提供更加可靠的技术资料。由于井检孔施工工序多，对质量要求高，因此施工难度大。

1 主井井筒检查孔设计要求

该孔设计钻孔先后穿过330 m厚的新地层、373 m厚的红层和357 m的二叠系基岩地层，终孔深度1 060 m。

1.1 技术要求

(1)全孔取芯，获取井筒位置的地质、水文地质剖面。

(2)采取岩、煤心及土、水、岩石样;测定岩石的物理力学性质和砂、粘土层的冻结力学性能。

(3)全孔测井，查明含、隔水层数量、深度、厚度和基岩风化带厚度、岩性特征及含水性及裂隙发育程度，

(4)分别进行红层段和煤系基岩段二段抽水试验，取得试验段的水位、涌水量、渗透系数、水质和水温资料。

1.2 质量要求

(1)采取率:第三、四系粘土、砂质粘土和基岩≥75%，岩芯直径≮80 mm;砂、砾石层和断层破碎带≥60%;煤层≥80%。

(2)孔斜:钻孔偏斜率≯1.0%。

(3)测井:达到《煤炭地质勘查钻孔质量标准》MT/T1042—2007中钻孔测井质量标准。

(4)抽水试验:红层段含水层混合抽水孔径≮150 mm，二叠系基岩段含水层混合抽水孔径≮110 mm。若q≥0.01 l/s时，观测水位降深要进行三次，稳定时间≮8 h;若q＞0.01l/s时，要进行一次水位最大降深抽水，抽水时间＞36 h。

(4)封孔:全孔用水泥砂浆进行封闭。

2 施工技术难点

(1)全孔取心，采取率要求高，粘土层要取不扰动样。第三、四系砂土层、基岩风化带松散怕冲刷，对取心器具及操作技术方法要求高。

(2)钻孔偏斜度要求高，因孔斜大时一是将增加孔内事故的发生，二是影响孔内套管和抽水设备的安装，三是偏离井筒中心远，失去施工的指导意义。

(3)单孔抽水二次，为取得各层的水文地质资料，需下套管进行止水隔离。因此起下套管作业工作量大，易发生套管事故。

(4)因下套管抽水，所以孔径比地质孔孔径大，钻孔施工周期长因此对钻孔护壁技术要求高，要求泥浆的选择即要考滤护壁，又要防止阻塞含水层。

3 施工技术措施

本孔设计孔深1 060 m。一开用Ф110 mm钻进到330 m，二开用Ф91 mm钻进到1 060 m。经测井确定各岩层层位后，采用逐级扩孔成孔工艺，下入护壁管、技术管与花管。

3.1 孔身结构与设备选择

(1)孔身结构:0～150 m为 Ф250 mm孔径，150～357 m为Ф170 mm孔径，357～725m为Ф130 mm孔径，725～1 060 m为Ф110 mm孔径。

(2)设备选择:TXJ－1 600钻机，NBB－260/7泥浆泵，22.5m四角钻塔，6 135系列柴油机，TYPE 100QJ10－120潜水泵，另配 Ф50 mm钻杆、Ф68 mm钻铤、Ф89 mm岩芯管和MQ89双管单动取心器与测斜仪等。

3.2 施工工艺

3.2.1 取心

为保证采取率选择合适的取芯工具和钻进参数是关键。

(1)土层、完整岩石用单管岩芯管钻进，回次终了前采用丢球、下卡料卡取。

(2)砂、砾石层、基岩风化带、煤层用双管单动取芯管，钻进回次终了干钻0.1～0.2 m卡取，并控制钻进参数和回次进尺。

(3)钻进参数为:压力6～10 KN，转速75～150 r/min，泵量100～200 L/min。

(4)控制回次进尺长度和时间。通常回次进尺长度≯2 m。

3.2.2 孔斜控制

控制孔斜应从设备安装、开孔钻进、钻具选择和中途测斜入手，作到预防为主。

1)设备安装

钻场地基应平坦、夯实，底层基台木应下卧1/3，并增加基台木根数来增大钻塔的承载面积。钻机安装要水平、周正、牢固，使天轮中心、游动滑车和孔口中心在一垂直线上。

2)开孔钻进

开孔使用的粗径钻具要直，钻铤重量为所需钻压的150%，轻压、慢转。在粗径钻具上端适当位置加扶正器，以增强钻具回转时的稳定性。钻杆、钻铤、岩芯管要直，钻具连接后其轴线要同心。

3)钻具组合

因本孔要进行二次抽水，钻机结构复杂，换径次数多，钻孔极易发生孔斜增大。因此，换径时要先用导向钻具钻进2～3 m，使下部粗径钻具形成满眼钻进。

钻进钻具组合:钻头+岩芯管+扶正器+钻铤(1单根)+扶正器+钻铤(5立根)+钻杆+立轴。

换径钻具组合:钻头+小径取芯管+大径扶正器+钻铤(1单根)+大径扶正器+钻铤(5立根)+钻杆+立轴。

4)中途测斜与纠斜

现场配备测斜仪器，每钻进20 m测斜一次，见基岩、穿过基岩风化、破碎带、厚煤层和换径后应增加测点，发现孔斜及时采取措施。当孔斜顶角小，没有超限时，可采用降斜钻具钻进，并控制钻压和钻速。当孔斜项角明显增大或超限时，可采用纠斜钻具钻进。

降斜钻具组合:钻头+短岩芯管+钻铤(2单根)+扶正器+钻铤(1单根)+扶正器+钻铤(5立根)+钻杆+立轴。

纠斜钻具组合:钻头+螺杆+弯接头+钻铤(5立根)+钻杆+立轴。

3.2.3 泥浆护壁

(1)新地层使用泥浆配方:膨润土粉5%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.5%，PHP0.1%，泥浆性能:粘度 18 ～23S，比重 1.05% ～1.1%，失水量 ＜15 ml/30min，pH 值 8 ～9。

(2)基岩地层泥浆配方:膨润土粉3%，Na2CO33%，CMC(高粘)0.4% ～ 0.6%，PHP0.1%，Hkm2%，泥浆性能:粘度18 ～23S，比重 1.03% ～1.09%，失水量 ＜15mL/30 min，含砂量＜4%，pH值8～9。

(3)抽水层位钻进时泥浆性能::粘度 ＜18S，比重 ＜1.06%，失水量 ＜15 ml/30min，含砂量 ＜4%，pH 值 8～9。

3.3 扩孔下套管与抽水作业

钻孔终孔经测井确定岩层层位、厚度、深度后，及可进行逐级扩孔下套管与抽水作业。本孔采用自上而下分别对红层段抽水和基岩段混合抽水。

3.3.1 抽红层段水

(1)钻孔终孔后，先按设计的钻孔结构扩孔到725 m。下入Ф168 mm套管(150 m)+变径+Ф127 mm套管(207 m)+Ф127 mm过滤管(368 m)+止水托盘到725 m处。

(2)止水:在357 m新地层底界面处，采用套管外缠海带，海带应先编制成三股扁条，缠绑后长度≮0.8 m与粘泥一起联合方式进行止水;红层底界面725 m处采用止水托盘与粘泥球止水。同时将下部孔段用粘泥球封闭，封闭长度≮10 m。

3.3.2 抽基岩段混合水

(1)在抽完上部红层段水后，下钻具将将下部钻孔透开，然后按要求进行扩孔后下入Ф127 mm套管(145 m)+变径+Ф89 mm套管(580 m)+止水托盘 +Ф89 mm过滤管(335 m)至孔底1 060 m。

(2)止水:在725 m红层底界面处，采用止水托盘、粘泥球及海带进行止水。

3.3.3 套管下入注意事项

(1)下套管前应进行顺孔，顺孔套管长度在20 m左右。

(2)地面对套管进行检查、丈量，弯曲和丝扣不合格的禁止使用。

(3)下套管时管与管之间连接要快，丝扣处应涂抹铅油，注意检查套管的连接质量。

(4)配好套管，过滤管长度，确保套管准确下入到止水部位。并将下管情况及时记录在班报上。

(5)下套管过程中卡瓦要上紧，下放套管时要稳，防止跑管。

3.4 洗孔与抽水试验

本孔采用自上而下分二次进行抽水，每次抽水前应进行洗孔作业。

(1)洗孔:用清水冲射与抽水洗孔相结合的方法。洗至水清砂净。

(2)抽水试验:用潜水泵进行抽水试验，并用流量仪进行流量测井。

3.5 封孔

在完成了抽水任务，并将孔内套管起出后，可对钻孔进行封闭作业。

(1)根据孔径及长度分段计算出所需用的封孔材料用量。

(2)按设计要求进行钻孔封闭作业。

(3)在设计深度下砂浆取样器进行采取水泥砂浆样。

4 结语

本孔在合同工期内顺利竣工，并通过矿方组织的验收，工程质量达到合同要求，受到矿方的好评。煤矿井筒检查孔由于其工作项目多，施工作业时间长，技术求高，施工难度大，因此必须制定周密的作业计划。特别是设计抽水及套管下入作业程序，严防发生套管事故。再者是根据不同地层条件，选择冲洗液及调整性能指标，在不伤害含水层的前提下，维护孔壁稳定，保证孔内安全。

［1］韩广德，金宝昌，丁祥发等.中国煤炭工业钻探工程学［M］.北京:煤炭工业出版社，2000.

［2］耿建国.煤矿井筒检查孔施工技术［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2005，(3).

［3］煤田地质总局.钻探工艺［M］.北京:煤炭工业出版社，1995。

［4］煤炭地质勘查钻孔质量标准［S］.MT/T 1042—2007.

［5］煤炭地质钻探规程［S］.MT/T 1076—2008.