高精度千米井筒泄水孔快速成孔技术

胡春雨 刘增平 韦荣律

(山东能源淄矿集团唐口煤业公司，山东 济宁 272000)

高精度千米井筒泄水孔快速成孔技术

胡春雨 刘增平 韦荣律

(山东能源淄矿集团唐口煤业公司，山东 济宁 272000)

结合工程实例，对高精度千米井筒泄水孔快速成孔技术进行了研究，介绍了钻孔设计措施，从钻探设备、钻探施工、泥浆选用等方面论述了钻孔施工的注意事项，达到了精确快速成孔，满足井筒施工泄水的要求。

井筒，泄水孔，钻探，成孔

1 工程概况

山东唐口煤业有限公司位于山东省济宁市任城区南张镇，于2006年1月1日投产，矿井核定能力500万t/年。随着矿井向南部开拓，矿井原有通风系统不能满足安全生产，需要进行南部通风系统安全改造，新建南部进风和回风立井两个井筒。由于井下巷道已掘进至井筒附近，井筒施工中的涌水具备通过泄水孔向井下排水的条件。为改善井筒掘砌施工环境，加快井筒施工进度，在进风井和回风井井筒内施工泄水孔，设计孔深均为1 005 m，井筒施工涌水通过井下进行排水。由于进、回风井井筒直径分别为7 m和6 m，泄水孔的偏斜距必须控制在井筒范围内，因此孔斜控制是钻孔快速精确成孔的关键。

2 钻孔设计

2.1 钻孔结构

钻孔开孔位置偏离井筒中心0.5 m，钻孔深度0 m～250 m的钻孔直径为650 mm，安装直径为530 mm的套管，在套管与孔壁的空隙间注入水泥浆以达到固定套管的目的，从而减小第四系砂层水与基岩含水层之间的水力联系，减小其对井筒冻结效果的影响。钻孔深度0 m～250 m的钻孔直径为460 mm，其中冻结段以下下入φ325 mm花管，冻结段以上用水泥封闭至孔口，冻结段以下花管留作井筒泄水用。

2.2 泄水孔花管设计

为满足泄水孔泄水要求，并保证花管的强度，泄水孔花管圆眼眼径为15 mm，筛眼间排距为45 mm×50 mm，每米钢管约打眼440个，孔隙率约为7.8%。为确保套管安全和冻结效果，并确保冻结段以下泄水孔的正常使用，进风井泄水孔在470 m处下止浆塞，470 m以上至孔口用水泥封闭；回风井泄水孔在460 m处下止浆塞，460 m以上至孔口用水泥封闭。为保证花管间连接牢固，两根花管间用管箍焊接，管箍与花管间隙全部满焊。

2.3 测斜技术要求

为确保泄水孔不偏离井筒范围，泄水孔每钻进30 m～50 m用测斜仪进行一次测斜，保证泄水孔所有点均在钻孔中心1.5 m以内。

3 钻孔施工

3.1 钻探设备

根据钻孔地质条件以及钻孔的深度情况，选用JJ170/43 m人字形钻塔，该种钻塔可以承载120 t；钻机采用电机功率为480 kW的ZJ-30D型石油钻机，选用泵量1 500 L/min的3NB-1000型泥浆泵，钻具组合为钻头+φ203 mm加重钻铤+φ311 mm扶正器+φ127 mm钻杆+主动钻杆。为保证及时测斜和定向，现场准备一台多点测斜仪、YST-48X无线随钻测斜仪和螺杆钻具。

3.2 钻探施工

泄水孔全孔使用无芯钻进工艺，采用牙轮钻头及组合牙轮钻头正循环回转钻进成井。为保证孔斜率，从开孔开始就使用螺杆和无线随钻测斜仪器相结合的定向施工技术。YST-48X无线随钻测斜仪器测量精准，误差小，耗电量小，使用时间长，极大减少了起钻次数,提高了施工效率，仪器安设在螺杆内，地面安设有工作面板，时刻显示钻孔方位及偏斜距，时刻监测泄水孔导向孔的孔斜情况，一旦发现孔斜超过规定，通过操作控制面板及时进行纠斜，保证钻孔中心偏移距不超过1.5 m。为进一步核实钻孔孔斜，每钻进50 m后，起钻再进行一次电测井测斜。

泄水孔导向孔开孔孔径为215 mm，钻进至第四系底部30 m即地下250 m，测量钻孔达到工程技术指标后分别用直径为530 mm和700 mm的组合牙轮钻头两径扩孔至250 m，下入直径530 mm、厚度10 mm护壁套管并进行水泥固管，凝固72 h，进行套管止水检查，经检查合格方可进行螺杆和无线随钻测斜仪器相结合的定向施工，直径215 mm的导向孔钻进至终孔，经电测井达标后进行扩孔。

扩孔分为两级：第一级孔径为311 mm，第二级孔径为460 mm。扩孔采用牙轮加导向钻杆沿导向孔进行扩孔，钻进中根据不同的地层合理控制钻速，及时调节护壁泥浆，特别是钻进通过断层破碎带时，放慢钻速，调稠泥浆，防止塌孔或钻出新孔。φ460 mm钻头扩孔到孔深1 005 m后，经再次对泄水孔进行测斜，偏斜率不超过1.5 m，泄水孔符合设计要求，钻探结束。为保证井筒冻结和井筒施工中的泄水要求，在泄水孔孔深冻结深度以下(回风井泄水孔460 m，进风井泄水孔470 m)到1 005 m段下φ325 mm×12 mm的筛管。筛管下入后，用清水洗孔直至孔内无泥浆，然后在筛管口处下止浆塞，止浆塞顶端至孔口段用水泥封闭，泄水孔施工完成。

3.3 泥浆选用

为确保钻孔不出现塌孔，钻孔施工中根据地层变化情况，特别是钻孔通过断层破碎带时，及时调整泥浆配比，每天测定泥浆性能，钻进中观测泥浆消耗量，及时补充和调整浆液。

在冲积层段钻进较快，此时应该严格控制泥浆的性能指标，如粘度、比重、失水量、含砂量，在泥浆的调配中要适量加入部分降失水剂和稀释剂，从而有利于套管的下入。在基岩地层中钻进时泥浆中的小颗粒砂石较多，因此选用具有除砂好、流变性好、配制简单、泥皮薄而坚韧、可防止地层垮塌等特点的双聚低固相泥浆。

3.4 测斜结果

由于井筒直径分别为6 m和7 m加上孔深为1 005 m，这使得钻孔最大偏距不得大于1.5 m。为了保证工程质量，采用了多点测斜仪和YST-48X无线随钻测斜仪和螺杆定向相结合的防斜技术，时刻监测钻孔孔斜，严格偏移距控制在设计范围内，测斜点距为1 m。进风井泄水钻孔共完成两次全孔测斜。第一次测斜在φ215 mm导向孔钻进1 015 m后进行，电测最大点是孔深360 m与490 m处，测点倾角分别为0.06°和0.33°，方位角分别为47.36°和52.58°，偏移距都为1.49 m；第二次测斜在φ460 mm扩孔到1 005 m后进行的，电测最大点是990 m处，测点倾角为0.46°，方位角为18.83°，偏移距为1.49 m。回风井泄水钻孔共完成两次全孔测斜。第一次测斜在φ215 mm导向孔钻进1 015 m后进行，电测最大点是500 m与510 m处，测点倾角分别为0.43°和0.37°，方位角分别为145.45°和171.61°，偏移距都为1.00 m；第二次测斜在φ460 mm扩孔到1 005 m后进行的，电测最大点是500 m处，测点顶角为0.29°，方位角为167.71°，偏移距为0.82 m。进、回风井泄水孔于2013年7月1日开钻，2013年11月8日竣工，用时约130 d。施工中采用合理的钻进参数、足量的加重钻铤及粗径钻具组合、安装扶正器及满眼钻进、大泵量、跟踪测斜、随钻螺杆定向等方法防斜，孔深1 005 m，钻孔偏距均符合设计要求，达到了精确快速成孔。

4 泄水孔孔斜揭露验证情况

井筒实际揭露泄水孔情况表明，泄水孔的偏斜距均控制在1.5 m范围内，不偏出井筒范围，具体偏斜见表1，满足了井筒施工泄水要求。

表1 井筒泄水孔偏斜距情况表 m

5 结语

本文所述综合的泄水孔施工技术经唐口南部进风井和出风井两个井筒的成功应用，极大地减少了井筒工作面涌水以及井壁淋水，从而更加有利于井筒掘进施工。提前探明井筒施工时各含水层的水量，为以后的防治水工作提供了宝贵的经验。

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[2] 赵运兴．煤田钻探技术手册(修订本)[M]．北京：煤炭工业出版社，1986．

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[4] 朱谊勇．井筒泄水孔及井壁截水槽综合利用措施在立井防治水中的应用[J].山西煤炭，2014(7)：61-62．

[5] 左 旗，王学恒.文家坡排矸立井井筒掘砌施工中泄水孔的应用[J].黑龙江科技信息，2012(5)：254.

Fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy

Hu Chunyu Liu Zengping Wei Ronglv

(TangkouCoalMiningIndustry,ShandongEnergyZiMineGroup,Jining272000,China)

Combining with engineering examples, the paper studies fast weep hole forming technology of 1 000-meter shaft with high accuracy, introduces drilling hole design measures, discusses drilling matters from aspects of drilling equipment, drilling construction and slurry selection, which meets demands of fast hole forming and shaft weep hole.

shaft, weep hole, drilling, hole-forming

1009-6825(2015)32-0074-02

2015-09-08

胡春雨(1987- )，男，助理工程师； 刘增平(1964- )，男，研究员； 韦荣律(1978- )，男，工程师

P634.2

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