青山煤矿压风系统改造的施工方法

李尉进，易香保，倪礼强，李洪波

（中鼎国际工程有限责任公司，江西 南昌330096）

1 概述

青山煤矿属生产矿井，拥有多个水平，为满足安全避险六大系统和提高井下供风能力的要求，须重新布置一套压风系统至新水平。如沿立井铺设管路，原井筒断面没有足够安全空间且影响正常提升；如沿暗斜井铺设管路，线路过长，能量损耗大，经济效益差。经过研究和试验，采用反井钻机在水平之间施工钻孔并安装管道方法，将压风系统延伸至下水平，解决了矿井开拓实际问题。下文将以该矿三～四水平间压风系统改造工程为例介绍主要施工方法。

2 工程概况

三水平标高－117.0m，四水平标高－250.7m，设计钻孔深度133.7m，钻孔倾角90°，孔径500mm，安装Φ325mm×10mm无缝钢管，管孔间隙采用注浆充填固结。工程平面、剖面见图1、图2。

3 施工准备

3.1 设备选型

（1）根据井孔深度、终孔直径、井孔倾角度、地质构造及参数、水文地质条件、运输条件、吊装条件以及供电、供水情况、作业空间，下水平巷道开通情况，选用LM－120型反井钻机，配Φ250mm牙轮钻头和Φ500mm导向扩孔牙轮钻头。

（2）钻孔过程采用泥浆护壁，为了提高泥浆排渣和循环能力，选用TBW－1200／8B型高压泥浆泵。

（3）其它设备见表1。

图1 工程平面

图2 工程剖面

表1 其它主要设备

3.2 设备安装

为满足钻机和管路安装施工的需要，在钻孔上端位置施工反井钻机钻场硐室1个，钻场规格6m×4m×5m（长×宽×高）；对钻孔下端贯通位置进行巷道加固。

先根据矿方提供的坐标测量确定钻孔和反井钻机基础位置，浇筑反井钻机基础，调整“井字型”框架至水平状态并与基础连接固定；在框架上安装、固定反井钻机，并进行试机。

4 施工过程

1）反井钻机先用自制组合钻头向下施工Φ500mm钻孔（边钻边扩），钻进接近下水平巷道顶板时，钻孔底部预留2～5m厚岩柱（根据岩性确定），保持孔内泥浆面高度（防止塌孔）。

2）地面预制时，将无缝钢管加工成3m／节（井下空间限制），接口处预留好焊接用坡口；将处理好的钢管吊装至孔口下放，并用管卡固定住；再将另一节钢管（上段）吊装至孔口，用另一套管卡固定，与已固定好的钢管（下段）进行对口（焊接）；最后再将两个对半的套管（Φ350mm×100 mm）焊接（加固）至钢管接口处。钢管连接情况见图3。

图3 钢管连接示意

3）重复上述钢管吊装、连接过程，一节一节地将钢管下放；下放过程中，通过利用孔内泥浆的浓度调节和钻机自带吊机的提升能力，采用浮力下沉的方法使钢管平稳下放至孔底。

4）反井钻机更换Φ250mm钻头将预留岩柱（2～5m厚）贯通，将孔内泥浆排出，并用清水将管道冲洗干净。

5）将管道上口固定牢靠之后，反井钻机更换Φ500mm导向扩孔牙轮钻头，将下孔口预留岩柱反向刷大到设计断面。

6）将管道整体下放至露出管道末端为止并固定，进行尾管（弯管）连接。

7）支设孔底挡板，预埋壁间注浆管，用注浆机进行注浆将管道与孔壁之间的缝隙充填满。

8）水泥浆液达到设计强度后拆模后方投入使用。

9）工艺流程（见图4）。

图4 工艺流程

5 质量控制

1）开孔钻进前应检查钻孔中心，钻机应调平，钻机必须牢固固定在基础平台上。

2）开孔钻进应采用低钻压，钻进两根钻杆深度后，再按给定参数钻进。

3）钻头进入破碎岩层中应采用低钻压，待钻头进入稳定岩层后再恢复钻压。

4）钻进过程采用陀螺仪定向，随钻可提式导向器和螺杆钻纠斜。

5）为防止钻进塌孔，在泥浆循环过程中，要不断补充新浆，沉淀岩屑，提高泥浆粘度和比重，降低失水量，加强井壁保护。

6）管道下置前要在先配组，丈量管道长度，清除管内杂物，下管后进行复测深度，确保管道下置深度符合设计要求。

7）认真检查准备安装管路的质量，严禁使用弯曲、变形、夹皮、薄厚不均等有缺陷的管道。

8）采用焊接方式接长管道时，管端要端正，确保同心度，焊缝厚度应符合设计强度等要求。

6 安全措施

1）钻机钻进前应全面空载运转，确认设备是否正常。

2）液压胶管应按要求连接，用卡箍、U型卡等固定，以防止其脱落。

3）钻机现场要求通风良好，防止瓦斯集聚，钻机工作点应配有瓦斯检测仪，焊接作业要严格执行安全技术措施，设专职安全员全程监督。

4）钻进时，司机要集中精力，根据现场实际情况调整好转速、转压等参数，经常注意压力表的变化情况，同时要防止身体部位卷入设备，加强防护。

5）孔内卸放泥浆过程要做好上下水平通讯联系，并预先准备好泥浆排放通道和沉淀池。

6）高压泵要由专人操作，连接管路要牢固，防止高压液体喷出伤人，同时制备的泥浆经过充分的沉淀、搅拌和过滤才能重新进入系统。

7）钻孔结束开始安装管路前应围护好孔口，防止坠落，孔口下方严禁人员通过。

8）管路安装完成后要及时注浆固定，注浆宜使用微膨胀泥水材料。

7 结语

该矿井三～四水平压风系统改造施工历时27天，安全无事故，达到了设计预期效果，工程质量优良。

该矿井从地面至五水平均采此方法分段进行施工，共安装管路近500m，较采用沿暗斜井铺设管路长度缩短近1000m，累计节约工程造价157万元。按最远用风地点计算，管路压力损失减少约0.04MPa，漏风量减少约16m3／min，且优化后的压风系统管路不易损坏，减少了维修费用，大大提高了管路的使用年限。

泥浆护壁效果及钻孔偏斜度的控制直接影响到钢管下放的顺利进行，因此在施工过程中一定严格控制。

此管线优化布置和施工方案对于各类矿井（含非煤矿山）具有一定的参考意义，不仅用于压风系统，供排水、通风、供电、通讯等系统均可采用这种方式从上水平（地面）延伸至下水平（井下），提高工效，节省投资，节约能源。