万福矿井副井冻结造孔技术探讨

摘 要：万福矿井冲积层厚度达到753.95m，冻结深度最深894m，冻结钻孔工程量129794m。具有钻孔深，表土厚，工程量大等特点。由于这些特点的存在，给冻结孔的施工带来了诸多难题，也对以往所用设备、仪器及施工方法提出了新的挑战。

关键词：冻结；造孔；偏斜

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.071

万福矿井位于巨野煤田南端，矿井采用中央并列抽出通风方式，初期采用主、副、风三个井筒开拓；矿井设计成产能力1.80Mt/a。

万福煤矿副井造孔设计参数：井筒深893m，冻结深度840m，净直径7.0m，冻结钻孔工程量129794m。冻结孔分四圈，分别是：外圈孔54个、中圈孔29/29个、内圈孔37个、防片孔15个。

1 井筒冻结段地层特征

1.1 表土层

表土层由第四系、和第三系组成，总厚度749.00m。

（1）第四系（Q）：厚195m。以粘土及砂质粘土为主，夹少量薄砂层。砂层总厚度为49m，所占的比例为25%。37m以上的两层粉砂具有流塑性，振动易液化。（2）第三系（N）：厚554m。以厚～巨厚层粘土及砂质粘土为主，夹少量薄～巨厚层砂层。粘土具膨胀性，呈固结状态。

1.2 基岩

基岩由二迭系山西组和石炭系太原组组成。冻结段穿过的厚度为91m。

（1）山西组（P11s）：残存厚度为23m，岩性为巨厚层状细砂岩。其中：773.5m以上为强风化，773.5～776.88m为弱风化。（2）太原组（C3t）：揭露厚度68m。岩性以泥岩为主，夹三灰及五灰，终孔层位在七灰附近。

2 技术要求

为保证冻结壁均匀稳定和缩短交圈时间，根据《万福矿井主、副、风井冻结施工组织设计》要求，对冻结孔施工质量提出如下要求：

（1）钻孔开孔位置允许偏差：径向0～20mm；切向±20mm。（2）钻孔偏斜应满足以下几个方面：1）钻孔垂直度：0～280m，偏斜率≤2.5‰；280～600m，靶域半径0.7m；600～基岩界面，靶域半径0.8m；基岩段，靶域半径1.2m；防片孔内偏≤0.5m。2）终孔最大相邻孔间距：外圈、中圈、内圈：表土层≤3m；中圈基岩段≤4.5m；防片孔按偏斜率及靶域控制。3）冻结孔深度控制：所有冻结孔下管深度不得小于设计深度。4）观测孔控制：测温孔及水文孔均按冻结孔垂直度进行控制。（3）相邻两孔不得相交。（4）选择中内23和中内9号两孔作为局部取芯检查孔，以验证基岩顶界面、风化带底界面深度，检查冻结底界深度上、下各10m的岩性情况。

3 相关问题的解决方个案

技术难点较突出的有以下几个方面：

（1）随着深度的加大，陀螺测斜仪的方位漂移加大，测斜精度下降，将对纠偏的定向精度产生影响，进而影响纠偏的成功率。（2）随着深度的加大，钻杆整体刚性下降，纠偏时的反扭矩角增大，将影响纠偏的成功率。（3）钻孔深度已超出目前陀螺测斜仪的测斜范围，800m以深仪器不能存储、计算测斜数据。（4）随着深度的加大，孔底泥浆压力增大，因而其滤失作用加剧，会使得测斜期间泥浆吸卡钻的危险性大大增加。（5）随着表土层的厚度加大，底部粘土层的应变会逐渐显现，钻孔的缩径现象更加明显。（6）由于钻孔深，下管时间长（可长达19个小时左右），下管过程中出现泥浆吸卡管和缩径卡管的可能性大大增加。（7）由于钻孔深，钻具重，而且工程量大，施工工期长，对灰土盘的破坏会更严重。（8）过硐室冻结管充填问题。

对此，我们进行过多次深入的研究与探讨，并制定出了相应的解决方案：

（1）解决深孔段测斜方位漂移加大，影响纠偏成功率问题。在700m以下采用同一台测斜仪（共用一个陀螺）进行测斜和定向，以消除其影响。（2）解决深孔段钻杆整体刚性下降，纠偏反扭矩角增大的问题。采用Φ89mm钻杆、小螺杆钻、小钻头以降低反扭矩角。（3）解决800m以下陀螺测斜仪不能存储、计算测斜数据问题。已向北京建井所定制了满足1000m测斜的新型仪器。（4）解决深孔段测斜泥浆吸卡钻问题。1）降低泥浆失水率；2）基岩段测斜不带钻铤。（5）解决深孔下管时间长，泥浆吸卡冻结管和缩径卡冻结管问题。1）提高泥浆性能，降低泥浆失水率，严格控制泥浆粘度；2）提前接长冻结管，缩短下管时间，3）适当加大孔径。（6）解决灰土盘的破坏问题。1）增加混凝土的厚度；2）在混凝土中加入一定量钢筋；3）混凝土盘分上、下两层，下层不留泥浆沟槽，只留0.5×0.5m的钻孔坑，以增强混凝土盘的整体性；4）灰土盘下一旦出现空区，应及时用粘土水泥浆充填。（7）钻进技术优化。1）造孔钻头采用Φ216mm型；2）钻孔取芯：钻孔开钻后要先进行取芯，取芯位置为冲积层底部界面、风化带界面及冻结深度底部上下各取芯10m，对地层进行验证；3）副井冲积层底深752m，取芯深度暂定742m～762m；基岩风氧化带底深776.88m，取芯深度暂定776m～786m；副井冻结深度840m，取芯深度830m～850m；4）井盘第一个孔成孔后，先静置30小时，再进行下管，以试验护壁水泥浆长时间静置后对下管的影响，第一个孔要选择远离硐室位置的孔；5）过硐室孔充填深度：充填至基岩风化带界面位置；6）通过对冻结孔与井下硐室布置位置对比，按照穿硐室孔及硐室掘进断面外3m范围内的孔均充填原则。

4 结论

钻孔施工过程中，要加强孔斜监测工作，以保證钻孔的垂直度及孔间距符合设计和规范要求。施工过程中要定期对使用的仪器进行检查和校验，以保证仪器的精度和测斜资料的可靠性。在仪器反映正常的情况下，每半月校验一次，若出现异常反映，随时进行校验。

由于采取上述设计方案及施工工艺，万福矿井副井冻结造孔工程已于2014年6月13日顺利完工，质量完全达到设计要求，为以后深孔冻结造孔工程积累了丰富的经验，攻克了很多技术难题。

参考文献：

[1]张建忠，万小强.李粮店煤矿井筒冻结造孔工艺技术[J].中州煤炭，2010（03）.

[2]付文会，胥刚.冻结造孔施工工艺探讨[C].淮南职业技术学院学报，2006.

[3]雷成祥.地面预注浆与冻结造孔平行作业缩短建井准备工期[G].

2005年全国建设学术会议文集（下册）.

作者简介：于玉田（1987-），男，山东新泰人，研究生，助理工程师，从事矿建、调度工作。